UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLOacuteGICA DE LIMA SUR

FACULTAD DE INGENIERIacuteA Y GESTIOacuteN

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIacuteA MECAacuteNICA Y ELEacuteCTRICA

ldquoDISENtildeO DE UN SISTEMA DE PUESTA A TIERRA COMO

ALTERNATIVA EN LA PROTECCIOacuteN DE EQUIPOS DE LA ESTACIOacuteN

BASE TRANSMISORA DE COMUNICACIONES-ALKOSTA UBICADO

EN LA PROVINCIA DE CHEPEN-LA LIBERTADrdquo

TRABAJO DE SUFICIENCIA PROFESIONAL

Para optar el Tiacutetulo Profesional de

INGENIERO MECAacuteNICO ELECTRICISTA

PRESENTADO POR EL BACHILLER

VILLALOBOS VALDIVIESO JUNIOR CESAR AUGUSTO

Villa El Salvador

2017

V

DEDICATORIA

Dedico mi Proyecto de Ingenieriacutea a mis

padres mis hermanos y toda mi familia

por su apoyo incondicional para

culminar con eacutexito mis estudios

profesionales

VI

AGRADECIMIENTO

A Dios a mis padres y mis

maestros de la UNTELS por sus

sabios consejos y orientacioacuten para

obtener mi tiacutetulo profesional

VII

IacuteNDICE

INTRODUCCIOacuteN 11

CAPIacuteTULO I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

11 Descripcioacuten de la Realidad Problemaacutetica 13

12 Justificacioacuten del Proyecto 14

13 Delimitacioacuten del Proyecto 15

131 Teoacuterica 15

132 Espacial 15

133 Temporal 15

14 Formulacioacuten del Problema 15

141 Problema General 15

142 Problemas Especiacuteficos 15

15 Objetivos 16

151 Objetivo General 16

152 Objetivos Especiacuteficos 16

CAPIacuteTULO II MARCO TEOacuteRICO

21 Antecedentes 17

22 Bases Teoacutericas 20

23 Marco Conceptual 57

CAPIacuteTULO III DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 Disentildeo del sistema de puesta a tierra 60

32 Construccioacuten del sistema de puesta a tierra 67

33 Revisioacuten y consolidacioacuten de resultados 72

CONCLUSIONES 76

RECOMENDACIONES 77

BIBLIOGRAFIacuteA 78

ANEXOS 79

VIII

LISTADO DE FIGURAS

Figura Ndeg 01 Sistema de puesta a tierra simple

Figura Ndeg 02 Distribucioacuten del potencial alrededor de un electrodo

Figura Nordm 03 Graacutefico esquemaacutetico para determinar la resistividad eleacutectrica de

un material

Figura Nordm 04 Resistividad de un cubo de terreno de 1m de lado

Figura Nordm 05 Meacutetodo wenner de medida de la resistividad del terreno

Figura Nordm 06 Meacutetodo schlumberge de medida de la resistividad del terreno

Figura Nordm 07 Ecuacioacuten de la resistividad

Figura Nordm 08 Ecuacioacuten de la resistividad aparente

Figura Nordm 09 Ecuacioacuten de la resistencia de un electrodo vertical

Figura Nordm 10 Ecuacioacuten de la resistencia de electrodos paralelos

Figura Nordm 11 Ecuacioacuten de la resistencia de la malla

Figura Nordm 12 Ecuacioacuten de la resistencia mutua

Figura Nordm 13 Ecuacioacuten de la resistencia total

Figura Ndeg 14 Meacutetodo de wenner ndash utilizado en la determinacioacuten inciakl de la

resistividad

Figura Ndeg 15 Curva resistividad vs profundidad

Figura Ndeg 16 Curva ldquoKrdquo vs profundidad ldquoHrdquo

Figura Ndeg 17 Representacioacuten de la profundidad ldquohrdquo en relacioacuten a la superficie

del suelo

Figura Ndeg 18 Dimensionamiento del pozo a tierra

Figura Ndeg 19 Detalle del enterramiento de cable desnudo en zanja

Figura Ndeg 20 Detalle de la unioacuten fleje con varilla en pozo de tierra

IX

Figura Ndeg 21 Conexioacuten del sistema de puesta a tierra con la estacioacuten base de

comunicaciones

Figura Ndeg 22 Comparacioacuten de la resistividad y resistencia

X

LISTADO DE TABLAS

Tabla Nordm 01 Naturaleza del terreno

Tabla Ndeg 02 Lectura realizada con el Teluroacutemetro

Tabla Ndeg 03 Datos calculados en relacioacuten a la resistividad

Tabla Ndeg 04 Obtencioacuten de los paraacutemetros ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Tabla Ndeg 05 Obtencioacuten del paraacutemetro ldquoHrdquo

Tabla Ndeg 06 Obtencioacuten de los paraacutemetros ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Tabla Ndeg 07 Obtencioacuten del paraacutemetro ldquoHrdquo

Tabla Ndeg 08 Valores de resistividad y resistencia antes del disentildeo

Tabla Ndeg 09 Valores de resistividad y resistencia despueacutes del disentildeo

11

INTRODUCCIOacuteN

En toda instalacioacuten eleacutectrica es esencial proteger la infraestructura equipos y

bienes en general Por tal motivo se necesita dotarla de mecanismos de proteccioacuten

adecuados ya sea que se trate de instalaciones para alimentar aparatos eleacutectricos

o con estructuras susceptibles de deterioro eleacutectricamente hablando Por lo dicho

es fundamental la proteccioacuten contra fallas de aislamiento que originen tensiones

por el contacto indirecto

La tensioacuten por contacto indirecto se origina en una estructura metaacutelica cuando un

conductor energizado y sin aislamiento establece contacto la misma

energizaacutendola Para minimizar los efectos de dicho contacto indirecto la

instalacioacuten debe contar con un sistema de proteccioacuten el meacutetodo maacutes efectivo y

de mayor seguridad es el sistema de puesta a tierra

A nivel de equipos de telecomunicaciones es importante y casi imprescindible

hacer uso de mecanismos de proteccioacuten que garanticen la operacioacuten y

disponibilidad de los mismos de forma permanente evitando averiacuteas debido a

variaciones de potencial que se presentaban entre la masa y la tierra

En ese sentido y con la finalidad de disentildear un sistema de puesta a tierra como

alternativa de proteccioacuten sobre la cual se encuentra instalado la estacioacuten base

transmisora de comunicacioacuten es que a continuacioacuten presento mi proyecto de

ingenieriacutea el cual estaacute divido en 3 capiacutetulos

Cabe sentildealar que la Estacioacuten Base Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA

de ahora en adelante llamada ldquoEBTrdquo de la empresa ldquoCLARO SACrdquo presentaba la

12

ausencia de un sistema de puesta a tierra ya que contratista encargada de

realizar la EBT no concluyo los trabajos y aun restaba la ejecucioacuten de sistema

puesta a tierra por lo que se nos otorgoacute el disentildeo y ejecucioacuten ya que habiacutea la

necesidad de poner en operacioacuten lo maacutes pronto posible la transmisioacuten de

comunicacioacuten por celular

En el Capiacutetulo I se describe el planteamiento del problema que estaacute relacionado

con la no ejecucioacuten de un sistema de puesta a tierra el mismo que genera una

exposicioacuten a los equipos de comunicaciones y retraso en los plazos establecidos

para que pueda entrar en funcionamiento la EBT otro problema presente es la

reduccioacuten del ohmiaje ya el terreno presentaba una resistividad muy alta

En el Capiacutetulo II se describe el marco teoacuterico en la cual se sustenta la propuesta

de solucioacuten referente al disentildeo de un sistema de puesta a tierra apoyaacutendome en

teoriacuteas relacionadas al caacutelculo de su resistencia eleacutectrica meacutetodos de medicioacuten

de resistividad asiacute como normativas relacionadas a su construccioacuten

En el Capiacutetulo III se presenta el disentildeo del sistema de puesta a tierra a fin de

alcanzar una resistencia adecuada seguacuten la normatividad para luego especificar

los procedimientos para su construccioacuten Finalmente se presenta un anaacutelisis en la

cual se obtiene el ohmiaje requerido el cual es necesario para la proteccioacuten de los

equipos de comunicaciones y asiacute poder cumplir los estaacutendares requeridos

13

CAPIacuteTULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

11 DESCRIPCIOacuteN DE LA REALIDAD PROBLEMAacuteTICA

La Estacioacuten Base Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA ahora

llamada ldquoEBTrdquo de la empresa ldquoCLARO SACrdquo ubicado en la provincia de

Chepen ndash La Libertad presentaba una situacioacuten muy particular no teniacutea un

sistema de puesta a tierra ya que por problemas de cambio de

CONTRATISTA no se ejecutoacute por lo que se requirioacute el disentildeo y ejecucioacuten del

SPAT ya que se teniacutea la necesidad de poner en operacioacuten lo maacutes pronto

posible la transmisioacuten de comunicacioacuten por celular por lo que se estaba

incumpliendo con los tiempos y plazos establecidos

De esta forma se exponiacutean los equipos de comunicaciones haciendo maacutes

grave esta situacioacuten el hecho de que estos equipos son muy sensibles a

pequentildeas descargas eleacutectricas o a pequentildeas oscilaciones de energiacutea

eleacutectrica en su alimentacioacuten

Tambieacuten cabe sentildealar que otro problema muy importante fue la reduccioacuten

del ohmiaje ya que para el procedimiento se visualizoacute que el terreno era

altamente resistivo

14

12 JUSTIFICACIOacuteN DEL PROYECTO

El proyecto se justifica en que al disentildear e implementar un sistema de puesta

a tierra en la EBT se reduciraacute los riesgos de variaciones de potencial que se

presentaban entre la masa y la tierra garantizando la proteccioacuten de los

equipos de comunicaciones y mejorando la disponibilidad del enlace de

comunicacioacuten evitando paradas inesperadas del mismo y eliminando

cualquier posibilidad de penalidad o sancioacuten por parte del ente regulador de

las telecomunicaciones

Y es que el disentildeo propuesto plantea cumplir con los estaacutendares requeridos

para la EBT de comunicaciones hasta un valor oacuteptimo capaz de garantizar

la proteccioacuten y seguridad de los equipos de comunicacioacuten con un valor

maacuteximo de 5 Ω

13 DELIMITACIOacuteN DEL PROYECTO

131 TEOacuteRICA

El trabajo de suficiencia profesional desarrollado desde el punto de

vista teoacuterico abarca el diagnoacutestico de la resistividad del suelo donde

se ubica la estacioacuten base trasmisora de comunicaciones mediante el

meacutetodo de Wenner y para el caacutelculo de la resistencia del sistema de

puesta a tierra disentildeado se utiliza la foacutermula de Schwartz

15

132 ESPACIAL

El sistema de puesta a tierra se desarrolloacute para la estacioacuten base de

transmisioacuten de comunicaciones - ALKOSTA de la Empresa ldquoCLARO

SACrdquo ubicado en San Pedro 106 provincia de Chepen ndash La libertad

133 TEMPORAL

El proyecto de ingenieriacutea comprende el periodo del 4 de abril al 21 de

abril de 2017

14 FORMULACIOacuteN DEL PROBLEMA

141 PROBLEMA GENERAL

iquestCoacutemo poder disentildear un sistema de puesta a tierra como alternativa

para la proteccioacuten de equipos de la EBT de Comunicaciones-

ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La Libertad

142 PROBLEMAS ESPECIacuteFICOS

iquestCoacutemo disentildear el sistema de puesta a tierra para poder cumplir

con los estaacutendares establecidos en la EBT de Comunicaciones-

ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La Libertad

iquestCuaacutento seraacute el valor de la resistividad obtenido a partir del disentildeo

del sistema de puesta a tierra propuesto usando la Bentonita

Cemento Conductivo y Tierra de Chacra en la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la

provincia de Chepen-La Libertad

16

15 OBJETIVOS

151 OBJETIVO GENERAL

Disentildear un sistema de puesta a tierra como alternativa para la

proteccioacuten de equipos de la Estacioacuten Base Transmisora de

Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La

Libertad

152 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS

Disentildear el sistema de puesta a tierra con el fin de poder cumplir

con el estandarizado para la Estacioacuten Base Transmisora de

Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-

La Libertad

Calcular el valor de la resistividad a partir del disentildeo del sistema

de puesta a tierra propuesto con el uso de Bentonita Cemento

Conductivo y Tierra de chacra para la Estacioacuten Base Transmisora

de Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de

Chepen-La Libertad

17

CAPIacuteTULO II

MARCO TEOacuteRICO

21 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIOacuteN

Beltraacuten (2010) en su tesis titulada ldquoDiagnoacutestico de la red de puesta a tierra

de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA IIrdquo para 400230 Y 345 KVrdquo para

optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la Universidad del

Oriente de Barcelona concluye que ldquoEl valor teoacuterico de la resistencia de la

malla a tierra da un valor por debajo de 1Ω lo que indica un buen

funcionamiento de la malla de tierra garantizando asiacute la disipacioacuten de

algunas corrientes de fallas en la SE Ademaacutes los voltajes de toque y paso

en la periferia son menores en comparacioacuten con los valores tolerable

obtenidos tanto por el meacutetodo matemaacutetico como por el meacutetodo del programa

digital ETAPrdquo1

Duche (2013) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de telecomunicaciones de

Movistarrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la

Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye que ldquoEl disentildeo y

caacutelculo de resistencia realizado para la Estacioacuten presenta una resistencia de

puesta a tierra de 457Ω lo cual es bueno ya que las normas dicen que estos

sistemas de telecomunicaciones deben tener valores por debajo de los 5Ω

1BELTRAN Y (2014)Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA II

(Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente Barcelona Espantildea

18

cumpliendo asiacute los requerimientos para sistemas de telecomunicaciones El

valor medido de la resistividad del terreno se ve afectado por las condiciones

del terreno del medio ambiente o temperatura y principalmente de la

estacionalidad del antildeordquo2

Fierro (2015) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica

Salesiana ndash Sede Guayaquilrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea

Eleacutectrica en la Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye

que ldquoAl efectuar las mediciones de resistividad se pudo observar tambieacuten

que mientras se aumentoacute la distancia entre cada pica de medicioacuten disminuyo

la resistividad del terreno esta accioacuten es inversamente proporcional El

disentildeo y el caacutelculo de la resistencia realizado para la Subestacioacuten Eleacutectrica

presenta una resistencia de puesta a tierra de 095Ω cumpliendo con la

norma seguacuten CEN Covenin 200rdquo3

De la Vega (2012) en su libro titulado ldquoProblemas de ingenieriacutea de puesta a

tierrardquo sentildeala que ldquoUna instalacioacuten de puesta a tierra es aquella instalacioacuten

eleacutectrica que tiene como misioacuten derivar corriente hacia la tierra o bien

establecer contacto con ella las corrientes involucradas pueden ser de

2DUCHE E (2013)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de

telecomunicaciones de Movistar (Tesis de Pre Grado)Universidad Politeacutecnica Salesiana Guayaquil

Ecuador

3FIERRO R (2015)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de

la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede Guayaquil (Tesis de Pre Grado)Disentildeo del sistema de puesta

a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede

Guayaquil Guayaquil Ecuador

19

naturaleza estacionaria casi estacionaria de alta frecuencia o

electromagneacutetica en forma de impulsos corrientes que pueden ser

originadas durante el funcionamiento de un sistema teacutecnico hecho por el

hombre o causado por un fenoacutemeno naturalrdquo4

Garciacutea (2013) en su libro titulado ldquoLa Puesta a tierra de instalaciones

eleacutectricas y el RATrdquo sentildeala que ldquoEl valor de la resistencia de puesta a

tierra y el reparto de potencial en el suelo cuando el sistema de puesta a

tierra esta recorrido por una intensidad de defecto tienen fundamentalmente

como factor proporcional determinante la resistencia especifica o resistividad

del terreno y del subsuelo en el que estaacute enterrada Es por esta razoacuten que la

concepcioacuten de una red de puesta a tierra requiere inicialmente el anaacutelisis

de la naturaleza del suelo sobre el que vaya a realizarserdquo5

Gonzaacutelez (2013) en su libro titulado ldquoInstalaciones de Distribucioacutenrdquo sentildeala

que ldquoPara llevar a cabo el meacutetodo de Wenner se necesitan 4 electrodos

puestos en liacutenea recta a la misma distancia unos de otros Entre los

electrodos exteriores se inyecta una corriente alterna y entre los electrodos

interiores se mide la diferencia de potenciardquo6

4DE LA VEGA M (2012)Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico LIMUSA

5GARCIacuteA R (2013)La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT Barcelona Espantildea

MARCOMBO

6GONZAacuteLESZJ (2013)Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea EDITEX

20

22 BASES TEOacuteRICAS

221 SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

La mayoriacutea de las contingencias eleacutectricas se deben a errores de

alambrado y de eacutestos la mayoriacutea estaacuten relacionados con los sistemas de

puesta a tierra Hablar de este tema suena muy abstracto para quien no

estaacute relacionado con en el mismo La puesta a tierra es una conexioacuten de

seguridad humana y patrimonial que se disentildea en los equipos eleacutectricos

electroacutenicos y otros sistemas para protegerlos de disturbios o transitorios

por los cuales pudieran resultar dantildeados Recordemos que una falla es

una fuga de corriente que busca un medio de conduccioacuten para

drenar a tierra este medio podriacutea ser una persona y el riesgo es

mayor si esta se encuentra en lugares huacutemedos por lo que un

sistema de puesta a tierra es vital para la proteccioacuten contra este

fenoacutemeno

Los procedimientos de disentildeo de un sistema de puesta a tierra se

basan en conceptos tradicionales pero su aplicacioacuten puede ser muy

compleja es decir el proyecto se puede ver como ciencia pero la

aplicacioacuten correcta es un arte ya que cada instalacioacuten es uacutenica en

su localizacioacuten tipo de suelo y equipos a proteger Por lo tanto

realizar un sistema de puesta a tierra requiere de un cuidado

especial y su realizacioacuten debe hacerse por personas calificadas

21

Cuando se propone realizar la instalacioacuten de puesta a tierra de

inmediato pensamos en una varilla o una malla de metal conductora

enterrada en nuestras instalaciones y que tiene el fin de confinar y

dispersar en el terreno subyacente descargas fortuitas asumiendo

su ldquoeliminacioacutenrdquo sin embargo esto es incorrecto ya que se ha

demostrado que en estos puntos existen diferencias de potencial

valores que un determinado momento se podriacutea comparar con el

potencial necesario con el que trabajan los aparatos

electrodomeacutesticos Se ha comprobado que en la mayoriacutea de las

fallas de los sistemas en baja tensioacuten sobre todo en donde estaacuten

sistemas de coacutemputo que las fallas se deben a una mala conexioacuten

del conductor de puesta a tierra

Por otro lado se sabe que el globo terraacutequeo es considerado con

potencial cero no obstante el material que la compone puede tener

una resistividad eleacutectrica muy alta asiacute que para obtener un valor

adecuado se debe hacer un estudio que nos indique que el valor

seleccionado estaacute dentro de lo permitido

La resistividad es la caracteriacutestica del terreno de oponer resistencia

al paso de la corriente eleacutectrica en un metro cuacutebico Este teacutermino se

refiere al valor que existe entre el electrodo de la toma de tierra que

se desea considerar y otro electrodo lejano de resistencia cero este

valor puede variar dentro de un rango muy amplio ya que depende

del tipo de material que tenga el suelo del contenido de humedad

variaciones estacionales etc

22

Por mencionar un ejemplo una conexioacuten soacutelida a tierra facilita de

manera importante la operacioacuten de los dispositivos de proteccioacuten

contra sobretensiones ya que estos equipos como pararrayos

apartarrayos hilo de guarda cuernos de arqueo etc necesitan de

una conexioacuten a tierra para su correcta ejecucioacuten

Un sistema de puesta a tierra es un conjunto de conductores

eleacutectricos (cables y electrodos) directamente enterrados en el suelo

y distribuidos a traveacutes de una instalacioacuten expresamente disentildeada

para soportar corrientes excepcionales en caso de corto circuito o

descarga atmosfeacuterica entre otras eventualidades A este sistema se

conectan todos y cada uno de los elementos de la instalacioacuten que

requieran ser puestos a tierra tales como los neutros tanques y

carcasas de los equipos los cables de guarda las estructuras

metaacutelicas y todas aquellas partes metaacutelicas que deben estar a

potencial de tierra logrando los siguientes objetivos

Proveer un medio seguro para proteger al personal

Proporcionar un circuito de muy baja impedancia para la

circulacioacuten de las corrientes a tierra

Proveer un medio para disipar las corrientes eleacutectricas

indeseables Facilitar la operacioacuten de los dispositivos de

proteccioacuten

Proveer un medio de descarga y desenergizacioacuten de equipos

antes de proceder a las tareas de mantenimiento

23

Dar mayor confiabilidad y seguridad al servicio eleacutectrico

Disipar la corriente asociada a las descargas atmosfeacutericas

limitando las sobretensiones generadas

Limitar la elevacioacuten de potencial de la red a valores aceptables

cuando ocurre una falla a tierra

Establecimiento y permanencia de un potencial de referencia

2211 CLASIFICACIOacuteN DE LOS SISTEMAS PUESTA A

TIERRA

Los sistemas de puesta a tierra se clasifican en dos

grandes grupos

a) De acuerdo a su naturaleza

Esta clasificacioacuten se refiere a la naturaleza dicotoacutemica

de los sistemas de puesta a tierra y se divide en dos

secciones

Instalacioacuten artificial de puesta a tierra

Son aquellas que se construyen especiacuteficamente

para tal fin utilizando las diversas clases de

electrodos

Instalacioacuten natural de puesta a tierra

Son en realidad elementos de otros sistemas

teacutecnicos (liacuteneas de tuberiacuteas metaacutelicas o cimientos de

estructuras metaacutelicas) que se encuentren dentro del

aacutembito de la instalacioacuten que se desea proteger yo

en su proximidad

24

b) De acuerdo a su aplicacioacuten

Se refiere en otras palabras a las que distingue las

instalaciones de puesta a tierra de acuerdo a su

funcionalidad y constan de tres secciones importantes

Sistemas de puesta a tierra de proteccioacuten

Tienen la misioacuten de limitar el valor de la tensioacuten

contra tierra de aqueacutellas partes del sistema eleacutectrico

que no deben ser mantenidas ni en tensioacuten ni

aisladas y con las cuales puede tener contacto el

personal

Es indispensable para asegurar que durante el

traspaso de corriente a tierra no dantildeen a los seres

vivos que estuviesen dentro del sistema de tierra o

en su proximidad en esos momentos

Sistemas de puesta a tierra de funcionamiento

Se aplica para satisfacer ciertas condiciones del

servicio del sistema teacutecnico en cuestioacuten es decir

sirven para poner a tierra por necesidad de

funcionamiento a determinados puntos del circuito

eleacutectrico tales como neutro de generadores y

transformadores aparatos para la conexioacuten de la

tensioacuten contra tierra apartarrayos etc

25

Sistemas de puesta a tierra de trabajo

Estos sistemas son realizados con caraacutecter

provisional efectuados para poner a tierra parte de

la instalacioacuten eleacutectrica normalmente en tensioacuten a

los cuales se debe llegar para efectuar un trabajo o

reparacioacuten tales como cuchillas de seccionadores

etc

Existen diferentes dispositivos o partes del sistema con

un fin determinado pero cada uno tiene diferente

propoacutesito no es lo mismo la puesta a tierra contra

descargas atmosfeacutericas que la puesta a tierra para

cargas electrostaacuteticas

Por tal motivo es necesario hacer una clasificacioacuten

secundaria de los sistemas de puesta a tierra de

acuerdo a su propoacutesito esto es

Puesta a tierra de los sistemas eleacutectricos

Esta clasificacioacuten tiene el propoacutesito de limitar

cualquier voltaje elevado que pueda resultar de

descargas atmosfeacutericas fenoacutemenos de induccioacuten o

de contactos no intencionales con cables de voltajes

maacutes altos

26

Se logra uniendo mediante un conductor apropiado

a la corriente de falla a tierra total del sistema una

parte del sistema eleacutectrico al planeta tierra

a) Puesta a tierra en sentildeales electroacutenicas

Su propoacutesito es evitar la contaminacioacuten de sentildeales

con frecuencias diferentes a las deseadas

La puesta a tierra se logra mediante blindajes de

todo tipo conectados a una referencia cero que

puede ser el planeta tierra Tambieacuten tiene el

propoacutesito de evitar la destruccioacuten de los elementos

semiconductores por un incremento en el voltaje Se

colocan dispositivos de proteccioacuten conectados entre

los conductores activos y la referencia cero

b) Puesta a tierra de proteccioacuten atmosfeacuterica

Sirve para canalizar la energiacutea de las descargas

atmosfeacutericas a tierra sin mayores dantildeos a personas

y propiedades Esta proteccioacuten se logra con una

malla metaacutelica igualadora de potencial conectada al

planeta tierra que cubre los equipos o edificios a

proteger

27

c) Puesta a tierra de proteccioacuten electrostaacutetica

La finalidad de esta proteccioacuten es neutralizar las

cargas electrostaacuteticas producidas en los materiales

dieleacutectricos Se logra uniendo todas las partes

metaacutelicas y dieleacutectricas utilizando el planeta tierra

como referencia de voltaje cero

En la figura siguiente se observa un sistema de

puesta a tierra simple formado por un electrodo un

conductor eleacutectrico y su respectivo conector

FIGURA Ndeg 01 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SIMPLE

2212 ANILLO - PUESTA A TIERRA

Se la define como el ldquoconjunto de conductores eleacutectricos

conectados en forma horizontal o vertical uniformemente

espaciados incluyendo electrodos de puesta a tierra

enterrados en forma vertical que se ubican en el interior

del suelordquo

28

El anillo de puesta a tierra en subestaciones eleacutectricas

tiene una gran aacuterea de instalacioacuten ubicaacutendose en el suelo

del patio de maniobras y es recubierta con ripio (piedra en

pequentildeos pedazos)

Los conductores estaacuten soldados comuacutenmente con suelda

exoteacutermica e instalada a una profundidad no mayor de 70

cm

a) Caracteriacutesticas baacutesicas de un Anillo de puesta a

tierra

Las puestas a tierra deben estar constituidas por

materiales y elementos que permitan un correcto

funcionamiento a lo largo de su expectativa de vida uacutetil

a un costo razonable

Las caracteriacutesticas baacutesicas son

Baja resistencia y una distribucioacuten de voltaje de

superficie razonable

Buena capacidad conductora

Larga durabilidad

Los componentes baacutesicos de un Anillo de puesta a

tierra son

29

Conductor de puesta a tierra

El propoacutesito principal es conducir la energiacutea eleacutectrica

de falla de la subestacioacuten hacia tierra los materiales

usuales de construccioacuten son de aluminio o cobre

El aluminio por sus caracteriacutesticas tiene una menor

conductividad eleacutectrica produciendo mayores

peacuterdidas pero tiene un costo relativamente bajo El

cobre es un mejor conductor que el aluminio sin

embargo el costo es mucho mayor

Varilla o jabalina de puesta a tierra

Generalmente se las denomina como jabalinas

varillas o electrodo vertical de puesta a tierra

usualmente en las instalaciones de puesta a tierra

se las coloca en forma verticalperpendicular a la

superficie soldados con el conductor horizontal de

puesta a tierra en los veacutertices dependiendo de la

configuracioacuten de la Anillo

b) Configuracioacuten del Anillo de puesta a tierra

En la implementacioacuten de la malla de tierra se toma en

consideracioacuten el espacio fiacutesico disponible y los

requerimientos eleacutectricos

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

V

DEDICATORIA

Dedico mi Proyecto de Ingenieriacutea a mis

padres mis hermanos y toda mi familia

por su apoyo incondicional para

culminar con eacutexito mis estudios

profesionales

VI

AGRADECIMIENTO

A Dios a mis padres y mis

maestros de la UNTELS por sus

sabios consejos y orientacioacuten para

obtener mi tiacutetulo profesional

VII

IacuteNDICE

INTRODUCCIOacuteN 11

CAPIacuteTULO I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

11 Descripcioacuten de la Realidad Problemaacutetica 13

12 Justificacioacuten del Proyecto 14

13 Delimitacioacuten del Proyecto 15

131 Teoacuterica 15

132 Espacial 15

133 Temporal 15

14 Formulacioacuten del Problema 15

141 Problema General 15

142 Problemas Especiacuteficos 15

15 Objetivos 16

151 Objetivo General 16

152 Objetivos Especiacuteficos 16

CAPIacuteTULO II MARCO TEOacuteRICO

21 Antecedentes 17

22 Bases Teoacutericas 20

23 Marco Conceptual 57

CAPIacuteTULO III DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 Disentildeo del sistema de puesta a tierra 60

32 Construccioacuten del sistema de puesta a tierra 67

33 Revisioacuten y consolidacioacuten de resultados 72

CONCLUSIONES 76

RECOMENDACIONES 77

BIBLIOGRAFIacuteA 78

ANEXOS 79

VIII

LISTADO DE FIGURAS

Figura Ndeg 01 Sistema de puesta a tierra simple

Figura Ndeg 02 Distribucioacuten del potencial alrededor de un electrodo

Figura Nordm 03 Graacutefico esquemaacutetico para determinar la resistividad eleacutectrica de

un material

Figura Nordm 04 Resistividad de un cubo de terreno de 1m de lado

Figura Nordm 05 Meacutetodo wenner de medida de la resistividad del terreno

Figura Nordm 06 Meacutetodo schlumberge de medida de la resistividad del terreno

Figura Nordm 07 Ecuacioacuten de la resistividad

Figura Nordm 08 Ecuacioacuten de la resistividad aparente

Figura Nordm 09 Ecuacioacuten de la resistencia de un electrodo vertical

Figura Nordm 10 Ecuacioacuten de la resistencia de electrodos paralelos

Figura Nordm 11 Ecuacioacuten de la resistencia de la malla

Figura Nordm 12 Ecuacioacuten de la resistencia mutua

Figura Nordm 13 Ecuacioacuten de la resistencia total

Figura Ndeg 14 Meacutetodo de wenner ndash utilizado en la determinacioacuten inciakl de la

resistividad

Figura Ndeg 15 Curva resistividad vs profundidad

Figura Ndeg 16 Curva ldquoKrdquo vs profundidad ldquoHrdquo

Figura Ndeg 17 Representacioacuten de la profundidad ldquohrdquo en relacioacuten a la superficie

del suelo

Figura Ndeg 18 Dimensionamiento del pozo a tierra

Figura Ndeg 19 Detalle del enterramiento de cable desnudo en zanja

Figura Ndeg 20 Detalle de la unioacuten fleje con varilla en pozo de tierra

IX

Figura Ndeg 21 Conexioacuten del sistema de puesta a tierra con la estacioacuten base de

comunicaciones

Figura Ndeg 22 Comparacioacuten de la resistividad y resistencia

X

LISTADO DE TABLAS

Tabla Nordm 01 Naturaleza del terreno

Tabla Ndeg 02 Lectura realizada con el Teluroacutemetro

Tabla Ndeg 03 Datos calculados en relacioacuten a la resistividad

Tabla Ndeg 04 Obtencioacuten de los paraacutemetros ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Tabla Ndeg 05 Obtencioacuten del paraacutemetro ldquoHrdquo

Tabla Ndeg 06 Obtencioacuten de los paraacutemetros ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Tabla Ndeg 07 Obtencioacuten del paraacutemetro ldquoHrdquo

Tabla Ndeg 08 Valores de resistividad y resistencia antes del disentildeo

Tabla Ndeg 09 Valores de resistividad y resistencia despueacutes del disentildeo

11

INTRODUCCIOacuteN

En toda instalacioacuten eleacutectrica es esencial proteger la infraestructura equipos y

bienes en general Por tal motivo se necesita dotarla de mecanismos de proteccioacuten

adecuados ya sea que se trate de instalaciones para alimentar aparatos eleacutectricos

o con estructuras susceptibles de deterioro eleacutectricamente hablando Por lo dicho

es fundamental la proteccioacuten contra fallas de aislamiento que originen tensiones

por el contacto indirecto

La tensioacuten por contacto indirecto se origina en una estructura metaacutelica cuando un

conductor energizado y sin aislamiento establece contacto la misma

energizaacutendola Para minimizar los efectos de dicho contacto indirecto la

instalacioacuten debe contar con un sistema de proteccioacuten el meacutetodo maacutes efectivo y

de mayor seguridad es el sistema de puesta a tierra

A nivel de equipos de telecomunicaciones es importante y casi imprescindible

hacer uso de mecanismos de proteccioacuten que garanticen la operacioacuten y

disponibilidad de los mismos de forma permanente evitando averiacuteas debido a

variaciones de potencial que se presentaban entre la masa y la tierra

En ese sentido y con la finalidad de disentildear un sistema de puesta a tierra como

alternativa de proteccioacuten sobre la cual se encuentra instalado la estacioacuten base

transmisora de comunicacioacuten es que a continuacioacuten presento mi proyecto de

ingenieriacutea el cual estaacute divido en 3 capiacutetulos

Cabe sentildealar que la Estacioacuten Base Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA

de ahora en adelante llamada ldquoEBTrdquo de la empresa ldquoCLARO SACrdquo presentaba la

12

ausencia de un sistema de puesta a tierra ya que contratista encargada de

realizar la EBT no concluyo los trabajos y aun restaba la ejecucioacuten de sistema

puesta a tierra por lo que se nos otorgoacute el disentildeo y ejecucioacuten ya que habiacutea la

necesidad de poner en operacioacuten lo maacutes pronto posible la transmisioacuten de

comunicacioacuten por celular

En el Capiacutetulo I se describe el planteamiento del problema que estaacute relacionado

con la no ejecucioacuten de un sistema de puesta a tierra el mismo que genera una

exposicioacuten a los equipos de comunicaciones y retraso en los plazos establecidos

para que pueda entrar en funcionamiento la EBT otro problema presente es la

reduccioacuten del ohmiaje ya el terreno presentaba una resistividad muy alta

En el Capiacutetulo II se describe el marco teoacuterico en la cual se sustenta la propuesta

de solucioacuten referente al disentildeo de un sistema de puesta a tierra apoyaacutendome en

teoriacuteas relacionadas al caacutelculo de su resistencia eleacutectrica meacutetodos de medicioacuten

de resistividad asiacute como normativas relacionadas a su construccioacuten

En el Capiacutetulo III se presenta el disentildeo del sistema de puesta a tierra a fin de

alcanzar una resistencia adecuada seguacuten la normatividad para luego especificar

los procedimientos para su construccioacuten Finalmente se presenta un anaacutelisis en la

cual se obtiene el ohmiaje requerido el cual es necesario para la proteccioacuten de los

equipos de comunicaciones y asiacute poder cumplir los estaacutendares requeridos

13

CAPIacuteTULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

11 DESCRIPCIOacuteN DE LA REALIDAD PROBLEMAacuteTICA

La Estacioacuten Base Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA ahora

llamada ldquoEBTrdquo de la empresa ldquoCLARO SACrdquo ubicado en la provincia de

Chepen ndash La Libertad presentaba una situacioacuten muy particular no teniacutea un

sistema de puesta a tierra ya que por problemas de cambio de

CONTRATISTA no se ejecutoacute por lo que se requirioacute el disentildeo y ejecucioacuten del

SPAT ya que se teniacutea la necesidad de poner en operacioacuten lo maacutes pronto

posible la transmisioacuten de comunicacioacuten por celular por lo que se estaba

incumpliendo con los tiempos y plazos establecidos

De esta forma se exponiacutean los equipos de comunicaciones haciendo maacutes

grave esta situacioacuten el hecho de que estos equipos son muy sensibles a

pequentildeas descargas eleacutectricas o a pequentildeas oscilaciones de energiacutea

eleacutectrica en su alimentacioacuten

Tambieacuten cabe sentildealar que otro problema muy importante fue la reduccioacuten

del ohmiaje ya que para el procedimiento se visualizoacute que el terreno era

altamente resistivo

14

12 JUSTIFICACIOacuteN DEL PROYECTO

El proyecto se justifica en que al disentildear e implementar un sistema de puesta

a tierra en la EBT se reduciraacute los riesgos de variaciones de potencial que se

presentaban entre la masa y la tierra garantizando la proteccioacuten de los

equipos de comunicaciones y mejorando la disponibilidad del enlace de

comunicacioacuten evitando paradas inesperadas del mismo y eliminando

cualquier posibilidad de penalidad o sancioacuten por parte del ente regulador de

las telecomunicaciones

Y es que el disentildeo propuesto plantea cumplir con los estaacutendares requeridos

para la EBT de comunicaciones hasta un valor oacuteptimo capaz de garantizar

la proteccioacuten y seguridad de los equipos de comunicacioacuten con un valor

maacuteximo de 5 Ω

13 DELIMITACIOacuteN DEL PROYECTO

131 TEOacuteRICA

El trabajo de suficiencia profesional desarrollado desde el punto de

vista teoacuterico abarca el diagnoacutestico de la resistividad del suelo donde

se ubica la estacioacuten base trasmisora de comunicaciones mediante el

meacutetodo de Wenner y para el caacutelculo de la resistencia del sistema de

puesta a tierra disentildeado se utiliza la foacutermula de Schwartz

15

132 ESPACIAL

El sistema de puesta a tierra se desarrolloacute para la estacioacuten base de

transmisioacuten de comunicaciones - ALKOSTA de la Empresa ldquoCLARO

SACrdquo ubicado en San Pedro 106 provincia de Chepen ndash La libertad

133 TEMPORAL

El proyecto de ingenieriacutea comprende el periodo del 4 de abril al 21 de

abril de 2017

14 FORMULACIOacuteN DEL PROBLEMA

141 PROBLEMA GENERAL

iquestCoacutemo poder disentildear un sistema de puesta a tierra como alternativa

para la proteccioacuten de equipos de la EBT de Comunicaciones-

ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La Libertad

142 PROBLEMAS ESPECIacuteFICOS

iquestCoacutemo disentildear el sistema de puesta a tierra para poder cumplir

con los estaacutendares establecidos en la EBT de Comunicaciones-

ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La Libertad

iquestCuaacutento seraacute el valor de la resistividad obtenido a partir del disentildeo

del sistema de puesta a tierra propuesto usando la Bentonita

Cemento Conductivo y Tierra de Chacra en la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la

provincia de Chepen-La Libertad

16

15 OBJETIVOS

151 OBJETIVO GENERAL

Disentildear un sistema de puesta a tierra como alternativa para la

proteccioacuten de equipos de la Estacioacuten Base Transmisora de

Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La

Libertad

152 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS

Disentildear el sistema de puesta a tierra con el fin de poder cumplir

con el estandarizado para la Estacioacuten Base Transmisora de

Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-

La Libertad

Calcular el valor de la resistividad a partir del disentildeo del sistema

de puesta a tierra propuesto con el uso de Bentonita Cemento

Conductivo y Tierra de chacra para la Estacioacuten Base Transmisora

de Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de

Chepen-La Libertad

17

CAPIacuteTULO II

MARCO TEOacuteRICO

21 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIOacuteN

Beltraacuten (2010) en su tesis titulada ldquoDiagnoacutestico de la red de puesta a tierra

de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA IIrdquo para 400230 Y 345 KVrdquo para

optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la Universidad del

Oriente de Barcelona concluye que ldquoEl valor teoacuterico de la resistencia de la

malla a tierra da un valor por debajo de 1Ω lo que indica un buen

funcionamiento de la malla de tierra garantizando asiacute la disipacioacuten de

algunas corrientes de fallas en la SE Ademaacutes los voltajes de toque y paso

en la periferia son menores en comparacioacuten con los valores tolerable

obtenidos tanto por el meacutetodo matemaacutetico como por el meacutetodo del programa

digital ETAPrdquo1

Duche (2013) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de telecomunicaciones de

Movistarrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la

Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye que ldquoEl disentildeo y

caacutelculo de resistencia realizado para la Estacioacuten presenta una resistencia de

puesta a tierra de 457Ω lo cual es bueno ya que las normas dicen que estos

sistemas de telecomunicaciones deben tener valores por debajo de los 5Ω

1BELTRAN Y (2014)Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA II

(Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente Barcelona Espantildea

18

cumpliendo asiacute los requerimientos para sistemas de telecomunicaciones El

valor medido de la resistividad del terreno se ve afectado por las condiciones

del terreno del medio ambiente o temperatura y principalmente de la

estacionalidad del antildeordquo2

Fierro (2015) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica

Salesiana ndash Sede Guayaquilrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea

Eleacutectrica en la Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye

que ldquoAl efectuar las mediciones de resistividad se pudo observar tambieacuten

que mientras se aumentoacute la distancia entre cada pica de medicioacuten disminuyo

la resistividad del terreno esta accioacuten es inversamente proporcional El

disentildeo y el caacutelculo de la resistencia realizado para la Subestacioacuten Eleacutectrica

presenta una resistencia de puesta a tierra de 095Ω cumpliendo con la

norma seguacuten CEN Covenin 200rdquo3

De la Vega (2012) en su libro titulado ldquoProblemas de ingenieriacutea de puesta a

tierrardquo sentildeala que ldquoUna instalacioacuten de puesta a tierra es aquella instalacioacuten

eleacutectrica que tiene como misioacuten derivar corriente hacia la tierra o bien

establecer contacto con ella las corrientes involucradas pueden ser de

2DUCHE E (2013)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de

telecomunicaciones de Movistar (Tesis de Pre Grado)Universidad Politeacutecnica Salesiana Guayaquil

Ecuador

3FIERRO R (2015)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de

la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede Guayaquil (Tesis de Pre Grado)Disentildeo del sistema de puesta

a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede

Guayaquil Guayaquil Ecuador

19

naturaleza estacionaria casi estacionaria de alta frecuencia o

electromagneacutetica en forma de impulsos corrientes que pueden ser

originadas durante el funcionamiento de un sistema teacutecnico hecho por el

hombre o causado por un fenoacutemeno naturalrdquo4

Garciacutea (2013) en su libro titulado ldquoLa Puesta a tierra de instalaciones

eleacutectricas y el RATrdquo sentildeala que ldquoEl valor de la resistencia de puesta a

tierra y el reparto de potencial en el suelo cuando el sistema de puesta a

tierra esta recorrido por una intensidad de defecto tienen fundamentalmente

como factor proporcional determinante la resistencia especifica o resistividad

del terreno y del subsuelo en el que estaacute enterrada Es por esta razoacuten que la

concepcioacuten de una red de puesta a tierra requiere inicialmente el anaacutelisis

de la naturaleza del suelo sobre el que vaya a realizarserdquo5

Gonzaacutelez (2013) en su libro titulado ldquoInstalaciones de Distribucioacutenrdquo sentildeala

que ldquoPara llevar a cabo el meacutetodo de Wenner se necesitan 4 electrodos

puestos en liacutenea recta a la misma distancia unos de otros Entre los

electrodos exteriores se inyecta una corriente alterna y entre los electrodos

interiores se mide la diferencia de potenciardquo6

4DE LA VEGA M (2012)Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico LIMUSA

5GARCIacuteA R (2013)La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT Barcelona Espantildea

MARCOMBO

6GONZAacuteLESZJ (2013)Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea EDITEX

20

22 BASES TEOacuteRICAS

221 SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

La mayoriacutea de las contingencias eleacutectricas se deben a errores de

alambrado y de eacutestos la mayoriacutea estaacuten relacionados con los sistemas de

puesta a tierra Hablar de este tema suena muy abstracto para quien no

estaacute relacionado con en el mismo La puesta a tierra es una conexioacuten de

seguridad humana y patrimonial que se disentildea en los equipos eleacutectricos

electroacutenicos y otros sistemas para protegerlos de disturbios o transitorios

por los cuales pudieran resultar dantildeados Recordemos que una falla es

una fuga de corriente que busca un medio de conduccioacuten para

drenar a tierra este medio podriacutea ser una persona y el riesgo es

mayor si esta se encuentra en lugares huacutemedos por lo que un

sistema de puesta a tierra es vital para la proteccioacuten contra este

fenoacutemeno

Los procedimientos de disentildeo de un sistema de puesta a tierra se

basan en conceptos tradicionales pero su aplicacioacuten puede ser muy

compleja es decir el proyecto se puede ver como ciencia pero la

aplicacioacuten correcta es un arte ya que cada instalacioacuten es uacutenica en

su localizacioacuten tipo de suelo y equipos a proteger Por lo tanto

realizar un sistema de puesta a tierra requiere de un cuidado

especial y su realizacioacuten debe hacerse por personas calificadas

21

Cuando se propone realizar la instalacioacuten de puesta a tierra de

inmediato pensamos en una varilla o una malla de metal conductora

enterrada en nuestras instalaciones y que tiene el fin de confinar y

dispersar en el terreno subyacente descargas fortuitas asumiendo

su ldquoeliminacioacutenrdquo sin embargo esto es incorrecto ya que se ha

demostrado que en estos puntos existen diferencias de potencial

valores que un determinado momento se podriacutea comparar con el

potencial necesario con el que trabajan los aparatos

electrodomeacutesticos Se ha comprobado que en la mayoriacutea de las

fallas de los sistemas en baja tensioacuten sobre todo en donde estaacuten

sistemas de coacutemputo que las fallas se deben a una mala conexioacuten

del conductor de puesta a tierra

Por otro lado se sabe que el globo terraacutequeo es considerado con

potencial cero no obstante el material que la compone puede tener

una resistividad eleacutectrica muy alta asiacute que para obtener un valor

adecuado se debe hacer un estudio que nos indique que el valor

seleccionado estaacute dentro de lo permitido

La resistividad es la caracteriacutestica del terreno de oponer resistencia

al paso de la corriente eleacutectrica en un metro cuacutebico Este teacutermino se

refiere al valor que existe entre el electrodo de la toma de tierra que

se desea considerar y otro electrodo lejano de resistencia cero este

valor puede variar dentro de un rango muy amplio ya que depende

del tipo de material que tenga el suelo del contenido de humedad

variaciones estacionales etc

22

Por mencionar un ejemplo una conexioacuten soacutelida a tierra facilita de

manera importante la operacioacuten de los dispositivos de proteccioacuten

contra sobretensiones ya que estos equipos como pararrayos

apartarrayos hilo de guarda cuernos de arqueo etc necesitan de

una conexioacuten a tierra para su correcta ejecucioacuten

Un sistema de puesta a tierra es un conjunto de conductores

eleacutectricos (cables y electrodos) directamente enterrados en el suelo

y distribuidos a traveacutes de una instalacioacuten expresamente disentildeada

para soportar corrientes excepcionales en caso de corto circuito o

descarga atmosfeacuterica entre otras eventualidades A este sistema se

conectan todos y cada uno de los elementos de la instalacioacuten que

requieran ser puestos a tierra tales como los neutros tanques y

carcasas de los equipos los cables de guarda las estructuras

metaacutelicas y todas aquellas partes metaacutelicas que deben estar a

potencial de tierra logrando los siguientes objetivos

Proveer un medio seguro para proteger al personal

Proporcionar un circuito de muy baja impedancia para la

circulacioacuten de las corrientes a tierra

Proveer un medio para disipar las corrientes eleacutectricas

indeseables Facilitar la operacioacuten de los dispositivos de

proteccioacuten

Proveer un medio de descarga y desenergizacioacuten de equipos

antes de proceder a las tareas de mantenimiento

23

Dar mayor confiabilidad y seguridad al servicio eleacutectrico

Disipar la corriente asociada a las descargas atmosfeacutericas

limitando las sobretensiones generadas

Limitar la elevacioacuten de potencial de la red a valores aceptables

cuando ocurre una falla a tierra

Establecimiento y permanencia de un potencial de referencia

2211 CLASIFICACIOacuteN DE LOS SISTEMAS PUESTA A

TIERRA

Los sistemas de puesta a tierra se clasifican en dos

grandes grupos

a) De acuerdo a su naturaleza

Esta clasificacioacuten se refiere a la naturaleza dicotoacutemica

de los sistemas de puesta a tierra y se divide en dos

secciones

Instalacioacuten artificial de puesta a tierra

Son aquellas que se construyen especiacuteficamente

para tal fin utilizando las diversas clases de

electrodos

Instalacioacuten natural de puesta a tierra

Son en realidad elementos de otros sistemas

teacutecnicos (liacuteneas de tuberiacuteas metaacutelicas o cimientos de

estructuras metaacutelicas) que se encuentren dentro del

aacutembito de la instalacioacuten que se desea proteger yo

en su proximidad

24

b) De acuerdo a su aplicacioacuten

Se refiere en otras palabras a las que distingue las

instalaciones de puesta a tierra de acuerdo a su

funcionalidad y constan de tres secciones importantes

Sistemas de puesta a tierra de proteccioacuten

Tienen la misioacuten de limitar el valor de la tensioacuten

contra tierra de aqueacutellas partes del sistema eleacutectrico

que no deben ser mantenidas ni en tensioacuten ni

aisladas y con las cuales puede tener contacto el

personal

Es indispensable para asegurar que durante el

traspaso de corriente a tierra no dantildeen a los seres

vivos que estuviesen dentro del sistema de tierra o

en su proximidad en esos momentos

Sistemas de puesta a tierra de funcionamiento

Se aplica para satisfacer ciertas condiciones del

servicio del sistema teacutecnico en cuestioacuten es decir

sirven para poner a tierra por necesidad de

funcionamiento a determinados puntos del circuito

eleacutectrico tales como neutro de generadores y

transformadores aparatos para la conexioacuten de la

tensioacuten contra tierra apartarrayos etc

25

Sistemas de puesta a tierra de trabajo

Estos sistemas son realizados con caraacutecter

provisional efectuados para poner a tierra parte de

la instalacioacuten eleacutectrica normalmente en tensioacuten a

los cuales se debe llegar para efectuar un trabajo o

reparacioacuten tales como cuchillas de seccionadores

etc

Existen diferentes dispositivos o partes del sistema con

un fin determinado pero cada uno tiene diferente

propoacutesito no es lo mismo la puesta a tierra contra

descargas atmosfeacutericas que la puesta a tierra para

cargas electrostaacuteticas

Por tal motivo es necesario hacer una clasificacioacuten

secundaria de los sistemas de puesta a tierra de

acuerdo a su propoacutesito esto es

Puesta a tierra de los sistemas eleacutectricos

Esta clasificacioacuten tiene el propoacutesito de limitar

cualquier voltaje elevado que pueda resultar de

descargas atmosfeacutericas fenoacutemenos de induccioacuten o

de contactos no intencionales con cables de voltajes

maacutes altos

26

Se logra uniendo mediante un conductor apropiado

a la corriente de falla a tierra total del sistema una

parte del sistema eleacutectrico al planeta tierra

a) Puesta a tierra en sentildeales electroacutenicas

Su propoacutesito es evitar la contaminacioacuten de sentildeales

con frecuencias diferentes a las deseadas

La puesta a tierra se logra mediante blindajes de

todo tipo conectados a una referencia cero que

puede ser el planeta tierra Tambieacuten tiene el

propoacutesito de evitar la destruccioacuten de los elementos

semiconductores por un incremento en el voltaje Se

colocan dispositivos de proteccioacuten conectados entre

los conductores activos y la referencia cero

b) Puesta a tierra de proteccioacuten atmosfeacuterica

Sirve para canalizar la energiacutea de las descargas

atmosfeacutericas a tierra sin mayores dantildeos a personas

y propiedades Esta proteccioacuten se logra con una

malla metaacutelica igualadora de potencial conectada al

planeta tierra que cubre los equipos o edificios a

proteger

27

c) Puesta a tierra de proteccioacuten electrostaacutetica

La finalidad de esta proteccioacuten es neutralizar las

cargas electrostaacuteticas producidas en los materiales

dieleacutectricos Se logra uniendo todas las partes

metaacutelicas y dieleacutectricas utilizando el planeta tierra

como referencia de voltaje cero

En la figura siguiente se observa un sistema de

puesta a tierra simple formado por un electrodo un

conductor eleacutectrico y su respectivo conector

FIGURA Ndeg 01 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SIMPLE

2212 ANILLO - PUESTA A TIERRA

Se la define como el ldquoconjunto de conductores eleacutectricos

conectados en forma horizontal o vertical uniformemente

espaciados incluyendo electrodos de puesta a tierra

enterrados en forma vertical que se ubican en el interior

del suelordquo

28

El anillo de puesta a tierra en subestaciones eleacutectricas

tiene una gran aacuterea de instalacioacuten ubicaacutendose en el suelo

del patio de maniobras y es recubierta con ripio (piedra en

pequentildeos pedazos)

Los conductores estaacuten soldados comuacutenmente con suelda

exoteacutermica e instalada a una profundidad no mayor de 70

cm

a) Caracteriacutesticas baacutesicas de un Anillo de puesta a

tierra

Las puestas a tierra deben estar constituidas por

materiales y elementos que permitan un correcto

funcionamiento a lo largo de su expectativa de vida uacutetil

a un costo razonable

Las caracteriacutesticas baacutesicas son

Baja resistencia y una distribucioacuten de voltaje de

superficie razonable

Buena capacidad conductora

Larga durabilidad

Los componentes baacutesicos de un Anillo de puesta a

tierra son

29

Conductor de puesta a tierra

El propoacutesito principal es conducir la energiacutea eleacutectrica

de falla de la subestacioacuten hacia tierra los materiales

usuales de construccioacuten son de aluminio o cobre

El aluminio por sus caracteriacutesticas tiene una menor

conductividad eleacutectrica produciendo mayores

peacuterdidas pero tiene un costo relativamente bajo El

cobre es un mejor conductor que el aluminio sin

embargo el costo es mucho mayor

Varilla o jabalina de puesta a tierra

Generalmente se las denomina como jabalinas

varillas o electrodo vertical de puesta a tierra

usualmente en las instalaciones de puesta a tierra

se las coloca en forma verticalperpendicular a la

superficie soldados con el conductor horizontal de

puesta a tierra en los veacutertices dependiendo de la

configuracioacuten de la Anillo

b) Configuracioacuten del Anillo de puesta a tierra

En la implementacioacuten de la malla de tierra se toma en

consideracioacuten el espacio fiacutesico disponible y los

requerimientos eleacutectricos

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

VI

AGRADECIMIENTO

A Dios a mis padres y mis

maestros de la UNTELS por sus

sabios consejos y orientacioacuten para

obtener mi tiacutetulo profesional

VII

IacuteNDICE

INTRODUCCIOacuteN 11

CAPIacuteTULO I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

11 Descripcioacuten de la Realidad Problemaacutetica 13

12 Justificacioacuten del Proyecto 14

13 Delimitacioacuten del Proyecto 15

131 Teoacuterica 15

132 Espacial 15

133 Temporal 15

14 Formulacioacuten del Problema 15

141 Problema General 15

142 Problemas Especiacuteficos 15

15 Objetivos 16

151 Objetivo General 16

152 Objetivos Especiacuteficos 16

CAPIacuteTULO II MARCO TEOacuteRICO

21 Antecedentes 17

22 Bases Teoacutericas 20

23 Marco Conceptual 57

CAPIacuteTULO III DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 Disentildeo del sistema de puesta a tierra 60

32 Construccioacuten del sistema de puesta a tierra 67

33 Revisioacuten y consolidacioacuten de resultados 72

CONCLUSIONES 76

RECOMENDACIONES 77

BIBLIOGRAFIacuteA 78

ANEXOS 79

VIII

LISTADO DE FIGURAS

Figura Ndeg 01 Sistema de puesta a tierra simple

Figura Ndeg 02 Distribucioacuten del potencial alrededor de un electrodo

Figura Nordm 03 Graacutefico esquemaacutetico para determinar la resistividad eleacutectrica de

un material

Figura Nordm 04 Resistividad de un cubo de terreno de 1m de lado

Figura Nordm 05 Meacutetodo wenner de medida de la resistividad del terreno

Figura Nordm 06 Meacutetodo schlumberge de medida de la resistividad del terreno

Figura Nordm 07 Ecuacioacuten de la resistividad

Figura Nordm 08 Ecuacioacuten de la resistividad aparente

Figura Nordm 09 Ecuacioacuten de la resistencia de un electrodo vertical

Figura Nordm 10 Ecuacioacuten de la resistencia de electrodos paralelos

Figura Nordm 11 Ecuacioacuten de la resistencia de la malla

Figura Nordm 12 Ecuacioacuten de la resistencia mutua

Figura Nordm 13 Ecuacioacuten de la resistencia total

Figura Ndeg 14 Meacutetodo de wenner ndash utilizado en la determinacioacuten inciakl de la

resistividad

Figura Ndeg 15 Curva resistividad vs profundidad

Figura Ndeg 16 Curva ldquoKrdquo vs profundidad ldquoHrdquo

Figura Ndeg 17 Representacioacuten de la profundidad ldquohrdquo en relacioacuten a la superficie

del suelo

Figura Ndeg 18 Dimensionamiento del pozo a tierra

Figura Ndeg 19 Detalle del enterramiento de cable desnudo en zanja

Figura Ndeg 20 Detalle de la unioacuten fleje con varilla en pozo de tierra

IX

Figura Ndeg 21 Conexioacuten del sistema de puesta a tierra con la estacioacuten base de

comunicaciones

Figura Ndeg 22 Comparacioacuten de la resistividad y resistencia

X

LISTADO DE TABLAS

Tabla Nordm 01 Naturaleza del terreno

Tabla Ndeg 02 Lectura realizada con el Teluroacutemetro

Tabla Ndeg 03 Datos calculados en relacioacuten a la resistividad

Tabla Ndeg 04 Obtencioacuten de los paraacutemetros ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Tabla Ndeg 05 Obtencioacuten del paraacutemetro ldquoHrdquo

Tabla Ndeg 06 Obtencioacuten de los paraacutemetros ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Tabla Ndeg 07 Obtencioacuten del paraacutemetro ldquoHrdquo

Tabla Ndeg 08 Valores de resistividad y resistencia antes del disentildeo

Tabla Ndeg 09 Valores de resistividad y resistencia despueacutes del disentildeo

11

INTRODUCCIOacuteN

En toda instalacioacuten eleacutectrica es esencial proteger la infraestructura equipos y

bienes en general Por tal motivo se necesita dotarla de mecanismos de proteccioacuten

adecuados ya sea que se trate de instalaciones para alimentar aparatos eleacutectricos

o con estructuras susceptibles de deterioro eleacutectricamente hablando Por lo dicho

es fundamental la proteccioacuten contra fallas de aislamiento que originen tensiones

por el contacto indirecto

La tensioacuten por contacto indirecto se origina en una estructura metaacutelica cuando un

conductor energizado y sin aislamiento establece contacto la misma

energizaacutendola Para minimizar los efectos de dicho contacto indirecto la

instalacioacuten debe contar con un sistema de proteccioacuten el meacutetodo maacutes efectivo y

de mayor seguridad es el sistema de puesta a tierra

A nivel de equipos de telecomunicaciones es importante y casi imprescindible

hacer uso de mecanismos de proteccioacuten que garanticen la operacioacuten y

disponibilidad de los mismos de forma permanente evitando averiacuteas debido a

variaciones de potencial que se presentaban entre la masa y la tierra

En ese sentido y con la finalidad de disentildear un sistema de puesta a tierra como

alternativa de proteccioacuten sobre la cual se encuentra instalado la estacioacuten base

transmisora de comunicacioacuten es que a continuacioacuten presento mi proyecto de

ingenieriacutea el cual estaacute divido en 3 capiacutetulos

Cabe sentildealar que la Estacioacuten Base Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA

de ahora en adelante llamada ldquoEBTrdquo de la empresa ldquoCLARO SACrdquo presentaba la

12

ausencia de un sistema de puesta a tierra ya que contratista encargada de

realizar la EBT no concluyo los trabajos y aun restaba la ejecucioacuten de sistema

puesta a tierra por lo que se nos otorgoacute el disentildeo y ejecucioacuten ya que habiacutea la

necesidad de poner en operacioacuten lo maacutes pronto posible la transmisioacuten de

comunicacioacuten por celular

En el Capiacutetulo I se describe el planteamiento del problema que estaacute relacionado

con la no ejecucioacuten de un sistema de puesta a tierra el mismo que genera una

exposicioacuten a los equipos de comunicaciones y retraso en los plazos establecidos

para que pueda entrar en funcionamiento la EBT otro problema presente es la

reduccioacuten del ohmiaje ya el terreno presentaba una resistividad muy alta

En el Capiacutetulo II se describe el marco teoacuterico en la cual se sustenta la propuesta

de solucioacuten referente al disentildeo de un sistema de puesta a tierra apoyaacutendome en

teoriacuteas relacionadas al caacutelculo de su resistencia eleacutectrica meacutetodos de medicioacuten

de resistividad asiacute como normativas relacionadas a su construccioacuten

En el Capiacutetulo III se presenta el disentildeo del sistema de puesta a tierra a fin de

alcanzar una resistencia adecuada seguacuten la normatividad para luego especificar

los procedimientos para su construccioacuten Finalmente se presenta un anaacutelisis en la

cual se obtiene el ohmiaje requerido el cual es necesario para la proteccioacuten de los

equipos de comunicaciones y asiacute poder cumplir los estaacutendares requeridos

13

CAPIacuteTULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

11 DESCRIPCIOacuteN DE LA REALIDAD PROBLEMAacuteTICA

La Estacioacuten Base Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA ahora

llamada ldquoEBTrdquo de la empresa ldquoCLARO SACrdquo ubicado en la provincia de

Chepen ndash La Libertad presentaba una situacioacuten muy particular no teniacutea un

sistema de puesta a tierra ya que por problemas de cambio de

CONTRATISTA no se ejecutoacute por lo que se requirioacute el disentildeo y ejecucioacuten del

SPAT ya que se teniacutea la necesidad de poner en operacioacuten lo maacutes pronto

posible la transmisioacuten de comunicacioacuten por celular por lo que se estaba

incumpliendo con los tiempos y plazos establecidos

De esta forma se exponiacutean los equipos de comunicaciones haciendo maacutes

grave esta situacioacuten el hecho de que estos equipos son muy sensibles a

pequentildeas descargas eleacutectricas o a pequentildeas oscilaciones de energiacutea

eleacutectrica en su alimentacioacuten

Tambieacuten cabe sentildealar que otro problema muy importante fue la reduccioacuten

del ohmiaje ya que para el procedimiento se visualizoacute que el terreno era

altamente resistivo

14

12 JUSTIFICACIOacuteN DEL PROYECTO

El proyecto se justifica en que al disentildear e implementar un sistema de puesta

a tierra en la EBT se reduciraacute los riesgos de variaciones de potencial que se

presentaban entre la masa y la tierra garantizando la proteccioacuten de los

equipos de comunicaciones y mejorando la disponibilidad del enlace de

comunicacioacuten evitando paradas inesperadas del mismo y eliminando

cualquier posibilidad de penalidad o sancioacuten por parte del ente regulador de

las telecomunicaciones

Y es que el disentildeo propuesto plantea cumplir con los estaacutendares requeridos

para la EBT de comunicaciones hasta un valor oacuteptimo capaz de garantizar

la proteccioacuten y seguridad de los equipos de comunicacioacuten con un valor

maacuteximo de 5 Ω

13 DELIMITACIOacuteN DEL PROYECTO

131 TEOacuteRICA

El trabajo de suficiencia profesional desarrollado desde el punto de

vista teoacuterico abarca el diagnoacutestico de la resistividad del suelo donde

se ubica la estacioacuten base trasmisora de comunicaciones mediante el

meacutetodo de Wenner y para el caacutelculo de la resistencia del sistema de

puesta a tierra disentildeado se utiliza la foacutermula de Schwartz

15

132 ESPACIAL

El sistema de puesta a tierra se desarrolloacute para la estacioacuten base de

transmisioacuten de comunicaciones - ALKOSTA de la Empresa ldquoCLARO

SACrdquo ubicado en San Pedro 106 provincia de Chepen ndash La libertad

133 TEMPORAL

El proyecto de ingenieriacutea comprende el periodo del 4 de abril al 21 de

abril de 2017

14 FORMULACIOacuteN DEL PROBLEMA

141 PROBLEMA GENERAL

iquestCoacutemo poder disentildear un sistema de puesta a tierra como alternativa

para la proteccioacuten de equipos de la EBT de Comunicaciones-

ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La Libertad

142 PROBLEMAS ESPECIacuteFICOS

iquestCoacutemo disentildear el sistema de puesta a tierra para poder cumplir

con los estaacutendares establecidos en la EBT de Comunicaciones-

ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La Libertad

iquestCuaacutento seraacute el valor de la resistividad obtenido a partir del disentildeo

del sistema de puesta a tierra propuesto usando la Bentonita

Cemento Conductivo y Tierra de Chacra en la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la

provincia de Chepen-La Libertad

16

15 OBJETIVOS

151 OBJETIVO GENERAL

Disentildear un sistema de puesta a tierra como alternativa para la

proteccioacuten de equipos de la Estacioacuten Base Transmisora de

Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La

Libertad

152 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS

Disentildear el sistema de puesta a tierra con el fin de poder cumplir

con el estandarizado para la Estacioacuten Base Transmisora de

Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-

La Libertad

Calcular el valor de la resistividad a partir del disentildeo del sistema

de puesta a tierra propuesto con el uso de Bentonita Cemento

Conductivo y Tierra de chacra para la Estacioacuten Base Transmisora

de Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de

Chepen-La Libertad

17

CAPIacuteTULO II

MARCO TEOacuteRICO

21 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIOacuteN

Beltraacuten (2010) en su tesis titulada ldquoDiagnoacutestico de la red de puesta a tierra

de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA IIrdquo para 400230 Y 345 KVrdquo para

optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la Universidad del

Oriente de Barcelona concluye que ldquoEl valor teoacuterico de la resistencia de la

malla a tierra da un valor por debajo de 1Ω lo que indica un buen

funcionamiento de la malla de tierra garantizando asiacute la disipacioacuten de

algunas corrientes de fallas en la SE Ademaacutes los voltajes de toque y paso

en la periferia son menores en comparacioacuten con los valores tolerable

obtenidos tanto por el meacutetodo matemaacutetico como por el meacutetodo del programa

digital ETAPrdquo1

Duche (2013) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de telecomunicaciones de

Movistarrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la

Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye que ldquoEl disentildeo y

caacutelculo de resistencia realizado para la Estacioacuten presenta una resistencia de

puesta a tierra de 457Ω lo cual es bueno ya que las normas dicen que estos

sistemas de telecomunicaciones deben tener valores por debajo de los 5Ω

1BELTRAN Y (2014)Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA II

(Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente Barcelona Espantildea

18

cumpliendo asiacute los requerimientos para sistemas de telecomunicaciones El

valor medido de la resistividad del terreno se ve afectado por las condiciones

del terreno del medio ambiente o temperatura y principalmente de la

estacionalidad del antildeordquo2

Fierro (2015) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica

Salesiana ndash Sede Guayaquilrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea

Eleacutectrica en la Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye

que ldquoAl efectuar las mediciones de resistividad se pudo observar tambieacuten

que mientras se aumentoacute la distancia entre cada pica de medicioacuten disminuyo

la resistividad del terreno esta accioacuten es inversamente proporcional El

disentildeo y el caacutelculo de la resistencia realizado para la Subestacioacuten Eleacutectrica

presenta una resistencia de puesta a tierra de 095Ω cumpliendo con la

norma seguacuten CEN Covenin 200rdquo3

De la Vega (2012) en su libro titulado ldquoProblemas de ingenieriacutea de puesta a

tierrardquo sentildeala que ldquoUna instalacioacuten de puesta a tierra es aquella instalacioacuten

eleacutectrica que tiene como misioacuten derivar corriente hacia la tierra o bien

establecer contacto con ella las corrientes involucradas pueden ser de

2DUCHE E (2013)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de

telecomunicaciones de Movistar (Tesis de Pre Grado)Universidad Politeacutecnica Salesiana Guayaquil

Ecuador

3FIERRO R (2015)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de

la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede Guayaquil (Tesis de Pre Grado)Disentildeo del sistema de puesta

a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede

Guayaquil Guayaquil Ecuador

19

naturaleza estacionaria casi estacionaria de alta frecuencia o

electromagneacutetica en forma de impulsos corrientes que pueden ser

originadas durante el funcionamiento de un sistema teacutecnico hecho por el

hombre o causado por un fenoacutemeno naturalrdquo4

Garciacutea (2013) en su libro titulado ldquoLa Puesta a tierra de instalaciones

eleacutectricas y el RATrdquo sentildeala que ldquoEl valor de la resistencia de puesta a

tierra y el reparto de potencial en el suelo cuando el sistema de puesta a

tierra esta recorrido por una intensidad de defecto tienen fundamentalmente

como factor proporcional determinante la resistencia especifica o resistividad

del terreno y del subsuelo en el que estaacute enterrada Es por esta razoacuten que la

concepcioacuten de una red de puesta a tierra requiere inicialmente el anaacutelisis

de la naturaleza del suelo sobre el que vaya a realizarserdquo5

Gonzaacutelez (2013) en su libro titulado ldquoInstalaciones de Distribucioacutenrdquo sentildeala

que ldquoPara llevar a cabo el meacutetodo de Wenner se necesitan 4 electrodos

puestos en liacutenea recta a la misma distancia unos de otros Entre los

electrodos exteriores se inyecta una corriente alterna y entre los electrodos

interiores se mide la diferencia de potenciardquo6

4DE LA VEGA M (2012)Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico LIMUSA

5GARCIacuteA R (2013)La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT Barcelona Espantildea

MARCOMBO

6GONZAacuteLESZJ (2013)Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea EDITEX

20

22 BASES TEOacuteRICAS

221 SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

La mayoriacutea de las contingencias eleacutectricas se deben a errores de

alambrado y de eacutestos la mayoriacutea estaacuten relacionados con los sistemas de

puesta a tierra Hablar de este tema suena muy abstracto para quien no

estaacute relacionado con en el mismo La puesta a tierra es una conexioacuten de

seguridad humana y patrimonial que se disentildea en los equipos eleacutectricos

electroacutenicos y otros sistemas para protegerlos de disturbios o transitorios

por los cuales pudieran resultar dantildeados Recordemos que una falla es

una fuga de corriente que busca un medio de conduccioacuten para

drenar a tierra este medio podriacutea ser una persona y el riesgo es

mayor si esta se encuentra en lugares huacutemedos por lo que un

sistema de puesta a tierra es vital para la proteccioacuten contra este

fenoacutemeno

Los procedimientos de disentildeo de un sistema de puesta a tierra se

basan en conceptos tradicionales pero su aplicacioacuten puede ser muy

compleja es decir el proyecto se puede ver como ciencia pero la

aplicacioacuten correcta es un arte ya que cada instalacioacuten es uacutenica en

su localizacioacuten tipo de suelo y equipos a proteger Por lo tanto

realizar un sistema de puesta a tierra requiere de un cuidado

especial y su realizacioacuten debe hacerse por personas calificadas

21

Cuando se propone realizar la instalacioacuten de puesta a tierra de

inmediato pensamos en una varilla o una malla de metal conductora

enterrada en nuestras instalaciones y que tiene el fin de confinar y

dispersar en el terreno subyacente descargas fortuitas asumiendo

su ldquoeliminacioacutenrdquo sin embargo esto es incorrecto ya que se ha

demostrado que en estos puntos existen diferencias de potencial

valores que un determinado momento se podriacutea comparar con el

potencial necesario con el que trabajan los aparatos

electrodomeacutesticos Se ha comprobado que en la mayoriacutea de las

fallas de los sistemas en baja tensioacuten sobre todo en donde estaacuten

sistemas de coacutemputo que las fallas se deben a una mala conexioacuten

del conductor de puesta a tierra

Por otro lado se sabe que el globo terraacutequeo es considerado con

potencial cero no obstante el material que la compone puede tener

una resistividad eleacutectrica muy alta asiacute que para obtener un valor

adecuado se debe hacer un estudio que nos indique que el valor

seleccionado estaacute dentro de lo permitido

La resistividad es la caracteriacutestica del terreno de oponer resistencia

al paso de la corriente eleacutectrica en un metro cuacutebico Este teacutermino se

refiere al valor que existe entre el electrodo de la toma de tierra que

se desea considerar y otro electrodo lejano de resistencia cero este

valor puede variar dentro de un rango muy amplio ya que depende

del tipo de material que tenga el suelo del contenido de humedad

variaciones estacionales etc

22

Por mencionar un ejemplo una conexioacuten soacutelida a tierra facilita de

manera importante la operacioacuten de los dispositivos de proteccioacuten

contra sobretensiones ya que estos equipos como pararrayos

apartarrayos hilo de guarda cuernos de arqueo etc necesitan de

una conexioacuten a tierra para su correcta ejecucioacuten

Un sistema de puesta a tierra es un conjunto de conductores

eleacutectricos (cables y electrodos) directamente enterrados en el suelo

y distribuidos a traveacutes de una instalacioacuten expresamente disentildeada

para soportar corrientes excepcionales en caso de corto circuito o

descarga atmosfeacuterica entre otras eventualidades A este sistema se

conectan todos y cada uno de los elementos de la instalacioacuten que

requieran ser puestos a tierra tales como los neutros tanques y

carcasas de los equipos los cables de guarda las estructuras

metaacutelicas y todas aquellas partes metaacutelicas que deben estar a

potencial de tierra logrando los siguientes objetivos

Proveer un medio seguro para proteger al personal

Proporcionar un circuito de muy baja impedancia para la

circulacioacuten de las corrientes a tierra

Proveer un medio para disipar las corrientes eleacutectricas

indeseables Facilitar la operacioacuten de los dispositivos de

proteccioacuten

Proveer un medio de descarga y desenergizacioacuten de equipos

antes de proceder a las tareas de mantenimiento

23

Dar mayor confiabilidad y seguridad al servicio eleacutectrico

Disipar la corriente asociada a las descargas atmosfeacutericas

limitando las sobretensiones generadas

Limitar la elevacioacuten de potencial de la red a valores aceptables

cuando ocurre una falla a tierra

Establecimiento y permanencia de un potencial de referencia

2211 CLASIFICACIOacuteN DE LOS SISTEMAS PUESTA A

TIERRA

Los sistemas de puesta a tierra se clasifican en dos

grandes grupos

a) De acuerdo a su naturaleza

Esta clasificacioacuten se refiere a la naturaleza dicotoacutemica

de los sistemas de puesta a tierra y se divide en dos

secciones

Instalacioacuten artificial de puesta a tierra

Son aquellas que se construyen especiacuteficamente

para tal fin utilizando las diversas clases de

electrodos

Instalacioacuten natural de puesta a tierra

Son en realidad elementos de otros sistemas

teacutecnicos (liacuteneas de tuberiacuteas metaacutelicas o cimientos de

estructuras metaacutelicas) que se encuentren dentro del

aacutembito de la instalacioacuten que se desea proteger yo

en su proximidad

24

b) De acuerdo a su aplicacioacuten

Se refiere en otras palabras a las que distingue las

instalaciones de puesta a tierra de acuerdo a su

funcionalidad y constan de tres secciones importantes

Sistemas de puesta a tierra de proteccioacuten

Tienen la misioacuten de limitar el valor de la tensioacuten

contra tierra de aqueacutellas partes del sistema eleacutectrico

que no deben ser mantenidas ni en tensioacuten ni

aisladas y con las cuales puede tener contacto el

personal

Es indispensable para asegurar que durante el

traspaso de corriente a tierra no dantildeen a los seres

vivos que estuviesen dentro del sistema de tierra o

en su proximidad en esos momentos

Sistemas de puesta a tierra de funcionamiento

Se aplica para satisfacer ciertas condiciones del

servicio del sistema teacutecnico en cuestioacuten es decir

sirven para poner a tierra por necesidad de

funcionamiento a determinados puntos del circuito

eleacutectrico tales como neutro de generadores y

transformadores aparatos para la conexioacuten de la

tensioacuten contra tierra apartarrayos etc

25

Sistemas de puesta a tierra de trabajo

Estos sistemas son realizados con caraacutecter

provisional efectuados para poner a tierra parte de

la instalacioacuten eleacutectrica normalmente en tensioacuten a

los cuales se debe llegar para efectuar un trabajo o

reparacioacuten tales como cuchillas de seccionadores

etc

Existen diferentes dispositivos o partes del sistema con

un fin determinado pero cada uno tiene diferente

propoacutesito no es lo mismo la puesta a tierra contra

descargas atmosfeacutericas que la puesta a tierra para

cargas electrostaacuteticas

Por tal motivo es necesario hacer una clasificacioacuten

secundaria de los sistemas de puesta a tierra de

acuerdo a su propoacutesito esto es

Puesta a tierra de los sistemas eleacutectricos

Esta clasificacioacuten tiene el propoacutesito de limitar

cualquier voltaje elevado que pueda resultar de

descargas atmosfeacutericas fenoacutemenos de induccioacuten o

de contactos no intencionales con cables de voltajes

maacutes altos

26

Se logra uniendo mediante un conductor apropiado

a la corriente de falla a tierra total del sistema una

parte del sistema eleacutectrico al planeta tierra

a) Puesta a tierra en sentildeales electroacutenicas

Su propoacutesito es evitar la contaminacioacuten de sentildeales

con frecuencias diferentes a las deseadas

La puesta a tierra se logra mediante blindajes de

todo tipo conectados a una referencia cero que

puede ser el planeta tierra Tambieacuten tiene el

propoacutesito de evitar la destruccioacuten de los elementos

semiconductores por un incremento en el voltaje Se

colocan dispositivos de proteccioacuten conectados entre

los conductores activos y la referencia cero

b) Puesta a tierra de proteccioacuten atmosfeacuterica

Sirve para canalizar la energiacutea de las descargas

atmosfeacutericas a tierra sin mayores dantildeos a personas

y propiedades Esta proteccioacuten se logra con una

malla metaacutelica igualadora de potencial conectada al

planeta tierra que cubre los equipos o edificios a

proteger

27

c) Puesta a tierra de proteccioacuten electrostaacutetica

La finalidad de esta proteccioacuten es neutralizar las

cargas electrostaacuteticas producidas en los materiales

dieleacutectricos Se logra uniendo todas las partes

metaacutelicas y dieleacutectricas utilizando el planeta tierra

como referencia de voltaje cero

En la figura siguiente se observa un sistema de

puesta a tierra simple formado por un electrodo un

conductor eleacutectrico y su respectivo conector

FIGURA Ndeg 01 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SIMPLE

2212 ANILLO - PUESTA A TIERRA

Se la define como el ldquoconjunto de conductores eleacutectricos

conectados en forma horizontal o vertical uniformemente

espaciados incluyendo electrodos de puesta a tierra

enterrados en forma vertical que se ubican en el interior

del suelordquo

28

El anillo de puesta a tierra en subestaciones eleacutectricas

tiene una gran aacuterea de instalacioacuten ubicaacutendose en el suelo

del patio de maniobras y es recubierta con ripio (piedra en

pequentildeos pedazos)

Los conductores estaacuten soldados comuacutenmente con suelda

exoteacutermica e instalada a una profundidad no mayor de 70

cm

a) Caracteriacutesticas baacutesicas de un Anillo de puesta a

tierra

Las puestas a tierra deben estar constituidas por

materiales y elementos que permitan un correcto

funcionamiento a lo largo de su expectativa de vida uacutetil

a un costo razonable

Las caracteriacutesticas baacutesicas son

Baja resistencia y una distribucioacuten de voltaje de

superficie razonable

Buena capacidad conductora

Larga durabilidad

Los componentes baacutesicos de un Anillo de puesta a

tierra son

29

Conductor de puesta a tierra

El propoacutesito principal es conducir la energiacutea eleacutectrica

de falla de la subestacioacuten hacia tierra los materiales

usuales de construccioacuten son de aluminio o cobre

El aluminio por sus caracteriacutesticas tiene una menor

conductividad eleacutectrica produciendo mayores

peacuterdidas pero tiene un costo relativamente bajo El

cobre es un mejor conductor que el aluminio sin

embargo el costo es mucho mayor

Varilla o jabalina de puesta a tierra

Generalmente se las denomina como jabalinas

varillas o electrodo vertical de puesta a tierra

usualmente en las instalaciones de puesta a tierra

se las coloca en forma verticalperpendicular a la

superficie soldados con el conductor horizontal de

puesta a tierra en los veacutertices dependiendo de la

configuracioacuten de la Anillo

b) Configuracioacuten del Anillo de puesta a tierra

En la implementacioacuten de la malla de tierra se toma en

consideracioacuten el espacio fiacutesico disponible y los

requerimientos eleacutectricos

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

VII

IacuteNDICE

INTRODUCCIOacuteN 11

CAPIacuteTULO I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

11 Descripcioacuten de la Realidad Problemaacutetica 13

12 Justificacioacuten del Proyecto 14

13 Delimitacioacuten del Proyecto 15

131 Teoacuterica 15

132 Espacial 15

133 Temporal 15

14 Formulacioacuten del Problema 15

141 Problema General 15

142 Problemas Especiacuteficos 15

15 Objetivos 16

151 Objetivo General 16

152 Objetivos Especiacuteficos 16

CAPIacuteTULO II MARCO TEOacuteRICO

21 Antecedentes 17

22 Bases Teoacutericas 20

23 Marco Conceptual 57

CAPIacuteTULO III DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 Disentildeo del sistema de puesta a tierra 60

32 Construccioacuten del sistema de puesta a tierra 67

33 Revisioacuten y consolidacioacuten de resultados 72

CONCLUSIONES 76

RECOMENDACIONES 77

BIBLIOGRAFIacuteA 78

ANEXOS 79

VIII

LISTADO DE FIGURAS

Figura Ndeg 01 Sistema de puesta a tierra simple

Figura Ndeg 02 Distribucioacuten del potencial alrededor de un electrodo

Figura Nordm 03 Graacutefico esquemaacutetico para determinar la resistividad eleacutectrica de

un material

Figura Nordm 04 Resistividad de un cubo de terreno de 1m de lado

Figura Nordm 05 Meacutetodo wenner de medida de la resistividad del terreno

Figura Nordm 06 Meacutetodo schlumberge de medida de la resistividad del terreno

Figura Nordm 07 Ecuacioacuten de la resistividad

Figura Nordm 08 Ecuacioacuten de la resistividad aparente

Figura Nordm 09 Ecuacioacuten de la resistencia de un electrodo vertical

Figura Nordm 10 Ecuacioacuten de la resistencia de electrodos paralelos

Figura Nordm 11 Ecuacioacuten de la resistencia de la malla

Figura Nordm 12 Ecuacioacuten de la resistencia mutua

Figura Nordm 13 Ecuacioacuten de la resistencia total

Figura Ndeg 14 Meacutetodo de wenner ndash utilizado en la determinacioacuten inciakl de la

resistividad

Figura Ndeg 15 Curva resistividad vs profundidad

Figura Ndeg 16 Curva ldquoKrdquo vs profundidad ldquoHrdquo

Figura Ndeg 17 Representacioacuten de la profundidad ldquohrdquo en relacioacuten a la superficie

del suelo

Figura Ndeg 18 Dimensionamiento del pozo a tierra

Figura Ndeg 19 Detalle del enterramiento de cable desnudo en zanja

Figura Ndeg 20 Detalle de la unioacuten fleje con varilla en pozo de tierra

IX

Figura Ndeg 21 Conexioacuten del sistema de puesta a tierra con la estacioacuten base de

comunicaciones

Figura Ndeg 22 Comparacioacuten de la resistividad y resistencia

X

LISTADO DE TABLAS

Tabla Nordm 01 Naturaleza del terreno

Tabla Ndeg 02 Lectura realizada con el Teluroacutemetro

Tabla Ndeg 03 Datos calculados en relacioacuten a la resistividad

Tabla Ndeg 04 Obtencioacuten de los paraacutemetros ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Tabla Ndeg 05 Obtencioacuten del paraacutemetro ldquoHrdquo

Tabla Ndeg 06 Obtencioacuten de los paraacutemetros ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Tabla Ndeg 07 Obtencioacuten del paraacutemetro ldquoHrdquo

Tabla Ndeg 08 Valores de resistividad y resistencia antes del disentildeo

Tabla Ndeg 09 Valores de resistividad y resistencia despueacutes del disentildeo

11

INTRODUCCIOacuteN

En toda instalacioacuten eleacutectrica es esencial proteger la infraestructura equipos y

bienes en general Por tal motivo se necesita dotarla de mecanismos de proteccioacuten

adecuados ya sea que se trate de instalaciones para alimentar aparatos eleacutectricos

o con estructuras susceptibles de deterioro eleacutectricamente hablando Por lo dicho

es fundamental la proteccioacuten contra fallas de aislamiento que originen tensiones

por el contacto indirecto

La tensioacuten por contacto indirecto se origina en una estructura metaacutelica cuando un

conductor energizado y sin aislamiento establece contacto la misma

energizaacutendola Para minimizar los efectos de dicho contacto indirecto la

instalacioacuten debe contar con un sistema de proteccioacuten el meacutetodo maacutes efectivo y

de mayor seguridad es el sistema de puesta a tierra

A nivel de equipos de telecomunicaciones es importante y casi imprescindible

hacer uso de mecanismos de proteccioacuten que garanticen la operacioacuten y

disponibilidad de los mismos de forma permanente evitando averiacuteas debido a

variaciones de potencial que se presentaban entre la masa y la tierra

En ese sentido y con la finalidad de disentildear un sistema de puesta a tierra como

alternativa de proteccioacuten sobre la cual se encuentra instalado la estacioacuten base

transmisora de comunicacioacuten es que a continuacioacuten presento mi proyecto de

ingenieriacutea el cual estaacute divido en 3 capiacutetulos

Cabe sentildealar que la Estacioacuten Base Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA

de ahora en adelante llamada ldquoEBTrdquo de la empresa ldquoCLARO SACrdquo presentaba la

12

ausencia de un sistema de puesta a tierra ya que contratista encargada de

realizar la EBT no concluyo los trabajos y aun restaba la ejecucioacuten de sistema

puesta a tierra por lo que se nos otorgoacute el disentildeo y ejecucioacuten ya que habiacutea la

necesidad de poner en operacioacuten lo maacutes pronto posible la transmisioacuten de

comunicacioacuten por celular

En el Capiacutetulo I se describe el planteamiento del problema que estaacute relacionado

con la no ejecucioacuten de un sistema de puesta a tierra el mismo que genera una

exposicioacuten a los equipos de comunicaciones y retraso en los plazos establecidos

para que pueda entrar en funcionamiento la EBT otro problema presente es la

reduccioacuten del ohmiaje ya el terreno presentaba una resistividad muy alta

En el Capiacutetulo II se describe el marco teoacuterico en la cual se sustenta la propuesta

de solucioacuten referente al disentildeo de un sistema de puesta a tierra apoyaacutendome en

teoriacuteas relacionadas al caacutelculo de su resistencia eleacutectrica meacutetodos de medicioacuten

de resistividad asiacute como normativas relacionadas a su construccioacuten

En el Capiacutetulo III se presenta el disentildeo del sistema de puesta a tierra a fin de

alcanzar una resistencia adecuada seguacuten la normatividad para luego especificar

los procedimientos para su construccioacuten Finalmente se presenta un anaacutelisis en la

cual se obtiene el ohmiaje requerido el cual es necesario para la proteccioacuten de los

equipos de comunicaciones y asiacute poder cumplir los estaacutendares requeridos

13

CAPIacuteTULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

11 DESCRIPCIOacuteN DE LA REALIDAD PROBLEMAacuteTICA

La Estacioacuten Base Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA ahora

llamada ldquoEBTrdquo de la empresa ldquoCLARO SACrdquo ubicado en la provincia de

Chepen ndash La Libertad presentaba una situacioacuten muy particular no teniacutea un

sistema de puesta a tierra ya que por problemas de cambio de

CONTRATISTA no se ejecutoacute por lo que se requirioacute el disentildeo y ejecucioacuten del

SPAT ya que se teniacutea la necesidad de poner en operacioacuten lo maacutes pronto

posible la transmisioacuten de comunicacioacuten por celular por lo que se estaba

incumpliendo con los tiempos y plazos establecidos

De esta forma se exponiacutean los equipos de comunicaciones haciendo maacutes

grave esta situacioacuten el hecho de que estos equipos son muy sensibles a

pequentildeas descargas eleacutectricas o a pequentildeas oscilaciones de energiacutea

eleacutectrica en su alimentacioacuten

Tambieacuten cabe sentildealar que otro problema muy importante fue la reduccioacuten

del ohmiaje ya que para el procedimiento se visualizoacute que el terreno era

altamente resistivo

14

12 JUSTIFICACIOacuteN DEL PROYECTO

El proyecto se justifica en que al disentildear e implementar un sistema de puesta

a tierra en la EBT se reduciraacute los riesgos de variaciones de potencial que se

presentaban entre la masa y la tierra garantizando la proteccioacuten de los

equipos de comunicaciones y mejorando la disponibilidad del enlace de

comunicacioacuten evitando paradas inesperadas del mismo y eliminando

cualquier posibilidad de penalidad o sancioacuten por parte del ente regulador de

las telecomunicaciones

Y es que el disentildeo propuesto plantea cumplir con los estaacutendares requeridos

para la EBT de comunicaciones hasta un valor oacuteptimo capaz de garantizar

la proteccioacuten y seguridad de los equipos de comunicacioacuten con un valor

maacuteximo de 5 Ω

13 DELIMITACIOacuteN DEL PROYECTO

131 TEOacuteRICA

El trabajo de suficiencia profesional desarrollado desde el punto de

vista teoacuterico abarca el diagnoacutestico de la resistividad del suelo donde

se ubica la estacioacuten base trasmisora de comunicaciones mediante el

meacutetodo de Wenner y para el caacutelculo de la resistencia del sistema de

puesta a tierra disentildeado se utiliza la foacutermula de Schwartz

15

132 ESPACIAL

El sistema de puesta a tierra se desarrolloacute para la estacioacuten base de

transmisioacuten de comunicaciones - ALKOSTA de la Empresa ldquoCLARO

SACrdquo ubicado en San Pedro 106 provincia de Chepen ndash La libertad

133 TEMPORAL

El proyecto de ingenieriacutea comprende el periodo del 4 de abril al 21 de

abril de 2017

14 FORMULACIOacuteN DEL PROBLEMA

141 PROBLEMA GENERAL

iquestCoacutemo poder disentildear un sistema de puesta a tierra como alternativa

para la proteccioacuten de equipos de la EBT de Comunicaciones-

ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La Libertad

142 PROBLEMAS ESPECIacuteFICOS

iquestCoacutemo disentildear el sistema de puesta a tierra para poder cumplir

con los estaacutendares establecidos en la EBT de Comunicaciones-

ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La Libertad

iquestCuaacutento seraacute el valor de la resistividad obtenido a partir del disentildeo

del sistema de puesta a tierra propuesto usando la Bentonita

Cemento Conductivo y Tierra de Chacra en la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la

provincia de Chepen-La Libertad

16

15 OBJETIVOS

151 OBJETIVO GENERAL

Disentildear un sistema de puesta a tierra como alternativa para la

proteccioacuten de equipos de la Estacioacuten Base Transmisora de

Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La

Libertad

152 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS

Disentildear el sistema de puesta a tierra con el fin de poder cumplir

con el estandarizado para la Estacioacuten Base Transmisora de

Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-

La Libertad

Calcular el valor de la resistividad a partir del disentildeo del sistema

de puesta a tierra propuesto con el uso de Bentonita Cemento

Conductivo y Tierra de chacra para la Estacioacuten Base Transmisora

de Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de

Chepen-La Libertad

17

CAPIacuteTULO II

MARCO TEOacuteRICO

21 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIOacuteN

Beltraacuten (2010) en su tesis titulada ldquoDiagnoacutestico de la red de puesta a tierra

de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA IIrdquo para 400230 Y 345 KVrdquo para

optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la Universidad del

Oriente de Barcelona concluye que ldquoEl valor teoacuterico de la resistencia de la

malla a tierra da un valor por debajo de 1Ω lo que indica un buen

funcionamiento de la malla de tierra garantizando asiacute la disipacioacuten de

algunas corrientes de fallas en la SE Ademaacutes los voltajes de toque y paso

en la periferia son menores en comparacioacuten con los valores tolerable

obtenidos tanto por el meacutetodo matemaacutetico como por el meacutetodo del programa

digital ETAPrdquo1

Duche (2013) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de telecomunicaciones de

Movistarrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la

Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye que ldquoEl disentildeo y

caacutelculo de resistencia realizado para la Estacioacuten presenta una resistencia de

puesta a tierra de 457Ω lo cual es bueno ya que las normas dicen que estos

sistemas de telecomunicaciones deben tener valores por debajo de los 5Ω

1BELTRAN Y (2014)Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA II

(Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente Barcelona Espantildea

18

cumpliendo asiacute los requerimientos para sistemas de telecomunicaciones El

valor medido de la resistividad del terreno se ve afectado por las condiciones

del terreno del medio ambiente o temperatura y principalmente de la

estacionalidad del antildeordquo2

Fierro (2015) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica

Salesiana ndash Sede Guayaquilrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea

Eleacutectrica en la Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye

que ldquoAl efectuar las mediciones de resistividad se pudo observar tambieacuten

que mientras se aumentoacute la distancia entre cada pica de medicioacuten disminuyo

la resistividad del terreno esta accioacuten es inversamente proporcional El

disentildeo y el caacutelculo de la resistencia realizado para la Subestacioacuten Eleacutectrica

presenta una resistencia de puesta a tierra de 095Ω cumpliendo con la

norma seguacuten CEN Covenin 200rdquo3

De la Vega (2012) en su libro titulado ldquoProblemas de ingenieriacutea de puesta a

tierrardquo sentildeala que ldquoUna instalacioacuten de puesta a tierra es aquella instalacioacuten

eleacutectrica que tiene como misioacuten derivar corriente hacia la tierra o bien

establecer contacto con ella las corrientes involucradas pueden ser de

2DUCHE E (2013)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de

telecomunicaciones de Movistar (Tesis de Pre Grado)Universidad Politeacutecnica Salesiana Guayaquil

Ecuador

3FIERRO R (2015)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de

la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede Guayaquil (Tesis de Pre Grado)Disentildeo del sistema de puesta

a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede

Guayaquil Guayaquil Ecuador

19

naturaleza estacionaria casi estacionaria de alta frecuencia o

electromagneacutetica en forma de impulsos corrientes que pueden ser

originadas durante el funcionamiento de un sistema teacutecnico hecho por el

hombre o causado por un fenoacutemeno naturalrdquo4

Garciacutea (2013) en su libro titulado ldquoLa Puesta a tierra de instalaciones

eleacutectricas y el RATrdquo sentildeala que ldquoEl valor de la resistencia de puesta a

tierra y el reparto de potencial en el suelo cuando el sistema de puesta a

tierra esta recorrido por una intensidad de defecto tienen fundamentalmente

como factor proporcional determinante la resistencia especifica o resistividad

del terreno y del subsuelo en el que estaacute enterrada Es por esta razoacuten que la

concepcioacuten de una red de puesta a tierra requiere inicialmente el anaacutelisis

de la naturaleza del suelo sobre el que vaya a realizarserdquo5

Gonzaacutelez (2013) en su libro titulado ldquoInstalaciones de Distribucioacutenrdquo sentildeala

que ldquoPara llevar a cabo el meacutetodo de Wenner se necesitan 4 electrodos

puestos en liacutenea recta a la misma distancia unos de otros Entre los

electrodos exteriores se inyecta una corriente alterna y entre los electrodos

interiores se mide la diferencia de potenciardquo6

4DE LA VEGA M (2012)Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico LIMUSA

5GARCIacuteA R (2013)La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT Barcelona Espantildea

MARCOMBO

6GONZAacuteLESZJ (2013)Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea EDITEX

20

22 BASES TEOacuteRICAS

221 SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

La mayoriacutea de las contingencias eleacutectricas se deben a errores de

alambrado y de eacutestos la mayoriacutea estaacuten relacionados con los sistemas de

puesta a tierra Hablar de este tema suena muy abstracto para quien no

estaacute relacionado con en el mismo La puesta a tierra es una conexioacuten de

seguridad humana y patrimonial que se disentildea en los equipos eleacutectricos

electroacutenicos y otros sistemas para protegerlos de disturbios o transitorios

por los cuales pudieran resultar dantildeados Recordemos que una falla es

una fuga de corriente que busca un medio de conduccioacuten para

drenar a tierra este medio podriacutea ser una persona y el riesgo es

mayor si esta se encuentra en lugares huacutemedos por lo que un

sistema de puesta a tierra es vital para la proteccioacuten contra este

fenoacutemeno

Los procedimientos de disentildeo de un sistema de puesta a tierra se

basan en conceptos tradicionales pero su aplicacioacuten puede ser muy

compleja es decir el proyecto se puede ver como ciencia pero la

aplicacioacuten correcta es un arte ya que cada instalacioacuten es uacutenica en

su localizacioacuten tipo de suelo y equipos a proteger Por lo tanto

realizar un sistema de puesta a tierra requiere de un cuidado

especial y su realizacioacuten debe hacerse por personas calificadas

21

Cuando se propone realizar la instalacioacuten de puesta a tierra de

inmediato pensamos en una varilla o una malla de metal conductora

enterrada en nuestras instalaciones y que tiene el fin de confinar y

dispersar en el terreno subyacente descargas fortuitas asumiendo

su ldquoeliminacioacutenrdquo sin embargo esto es incorrecto ya que se ha

demostrado que en estos puntos existen diferencias de potencial

valores que un determinado momento se podriacutea comparar con el

potencial necesario con el que trabajan los aparatos

electrodomeacutesticos Se ha comprobado que en la mayoriacutea de las

fallas de los sistemas en baja tensioacuten sobre todo en donde estaacuten

sistemas de coacutemputo que las fallas se deben a una mala conexioacuten

del conductor de puesta a tierra

Por otro lado se sabe que el globo terraacutequeo es considerado con

potencial cero no obstante el material que la compone puede tener

una resistividad eleacutectrica muy alta asiacute que para obtener un valor

adecuado se debe hacer un estudio que nos indique que el valor

seleccionado estaacute dentro de lo permitido

La resistividad es la caracteriacutestica del terreno de oponer resistencia

al paso de la corriente eleacutectrica en un metro cuacutebico Este teacutermino se

refiere al valor que existe entre el electrodo de la toma de tierra que

se desea considerar y otro electrodo lejano de resistencia cero este

valor puede variar dentro de un rango muy amplio ya que depende

del tipo de material que tenga el suelo del contenido de humedad

variaciones estacionales etc

22

Por mencionar un ejemplo una conexioacuten soacutelida a tierra facilita de

manera importante la operacioacuten de los dispositivos de proteccioacuten

contra sobretensiones ya que estos equipos como pararrayos

apartarrayos hilo de guarda cuernos de arqueo etc necesitan de

una conexioacuten a tierra para su correcta ejecucioacuten

Un sistema de puesta a tierra es un conjunto de conductores

eleacutectricos (cables y electrodos) directamente enterrados en el suelo

y distribuidos a traveacutes de una instalacioacuten expresamente disentildeada

para soportar corrientes excepcionales en caso de corto circuito o

descarga atmosfeacuterica entre otras eventualidades A este sistema se

conectan todos y cada uno de los elementos de la instalacioacuten que

requieran ser puestos a tierra tales como los neutros tanques y

carcasas de los equipos los cables de guarda las estructuras

metaacutelicas y todas aquellas partes metaacutelicas que deben estar a

potencial de tierra logrando los siguientes objetivos

Proveer un medio seguro para proteger al personal

Proporcionar un circuito de muy baja impedancia para la

circulacioacuten de las corrientes a tierra

Proveer un medio para disipar las corrientes eleacutectricas

indeseables Facilitar la operacioacuten de los dispositivos de

proteccioacuten

Proveer un medio de descarga y desenergizacioacuten de equipos

antes de proceder a las tareas de mantenimiento

23

Dar mayor confiabilidad y seguridad al servicio eleacutectrico

Disipar la corriente asociada a las descargas atmosfeacutericas

limitando las sobretensiones generadas

Limitar la elevacioacuten de potencial de la red a valores aceptables

cuando ocurre una falla a tierra

Establecimiento y permanencia de un potencial de referencia

2211 CLASIFICACIOacuteN DE LOS SISTEMAS PUESTA A

TIERRA

Los sistemas de puesta a tierra se clasifican en dos

grandes grupos

a) De acuerdo a su naturaleza

Esta clasificacioacuten se refiere a la naturaleza dicotoacutemica

de los sistemas de puesta a tierra y se divide en dos

secciones

Instalacioacuten artificial de puesta a tierra

Son aquellas que se construyen especiacuteficamente

para tal fin utilizando las diversas clases de

electrodos

Instalacioacuten natural de puesta a tierra

Son en realidad elementos de otros sistemas

teacutecnicos (liacuteneas de tuberiacuteas metaacutelicas o cimientos de

estructuras metaacutelicas) que se encuentren dentro del

aacutembito de la instalacioacuten que se desea proteger yo

en su proximidad

24

b) De acuerdo a su aplicacioacuten

Se refiere en otras palabras a las que distingue las

instalaciones de puesta a tierra de acuerdo a su

funcionalidad y constan de tres secciones importantes

Sistemas de puesta a tierra de proteccioacuten

Tienen la misioacuten de limitar el valor de la tensioacuten

contra tierra de aqueacutellas partes del sistema eleacutectrico

que no deben ser mantenidas ni en tensioacuten ni

aisladas y con las cuales puede tener contacto el

personal

Es indispensable para asegurar que durante el

traspaso de corriente a tierra no dantildeen a los seres

vivos que estuviesen dentro del sistema de tierra o

en su proximidad en esos momentos

Sistemas de puesta a tierra de funcionamiento

Se aplica para satisfacer ciertas condiciones del

servicio del sistema teacutecnico en cuestioacuten es decir

sirven para poner a tierra por necesidad de

funcionamiento a determinados puntos del circuito

eleacutectrico tales como neutro de generadores y

transformadores aparatos para la conexioacuten de la

tensioacuten contra tierra apartarrayos etc

25

Sistemas de puesta a tierra de trabajo

Estos sistemas son realizados con caraacutecter

provisional efectuados para poner a tierra parte de

la instalacioacuten eleacutectrica normalmente en tensioacuten a

los cuales se debe llegar para efectuar un trabajo o

reparacioacuten tales como cuchillas de seccionadores

etc

Existen diferentes dispositivos o partes del sistema con

un fin determinado pero cada uno tiene diferente

propoacutesito no es lo mismo la puesta a tierra contra

descargas atmosfeacutericas que la puesta a tierra para

cargas electrostaacuteticas

Por tal motivo es necesario hacer una clasificacioacuten

secundaria de los sistemas de puesta a tierra de

acuerdo a su propoacutesito esto es

Puesta a tierra de los sistemas eleacutectricos

Esta clasificacioacuten tiene el propoacutesito de limitar

cualquier voltaje elevado que pueda resultar de

descargas atmosfeacutericas fenoacutemenos de induccioacuten o

de contactos no intencionales con cables de voltajes

maacutes altos

26

Se logra uniendo mediante un conductor apropiado

a la corriente de falla a tierra total del sistema una

parte del sistema eleacutectrico al planeta tierra

a) Puesta a tierra en sentildeales electroacutenicas

Su propoacutesito es evitar la contaminacioacuten de sentildeales

con frecuencias diferentes a las deseadas

La puesta a tierra se logra mediante blindajes de

todo tipo conectados a una referencia cero que

puede ser el planeta tierra Tambieacuten tiene el

propoacutesito de evitar la destruccioacuten de los elementos

semiconductores por un incremento en el voltaje Se

colocan dispositivos de proteccioacuten conectados entre

los conductores activos y la referencia cero

b) Puesta a tierra de proteccioacuten atmosfeacuterica

Sirve para canalizar la energiacutea de las descargas

atmosfeacutericas a tierra sin mayores dantildeos a personas

y propiedades Esta proteccioacuten se logra con una

malla metaacutelica igualadora de potencial conectada al

planeta tierra que cubre los equipos o edificios a

proteger

27

c) Puesta a tierra de proteccioacuten electrostaacutetica

La finalidad de esta proteccioacuten es neutralizar las

cargas electrostaacuteticas producidas en los materiales

dieleacutectricos Se logra uniendo todas las partes

metaacutelicas y dieleacutectricas utilizando el planeta tierra

como referencia de voltaje cero

En la figura siguiente se observa un sistema de

puesta a tierra simple formado por un electrodo un

conductor eleacutectrico y su respectivo conector

FIGURA Ndeg 01 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SIMPLE

2212 ANILLO - PUESTA A TIERRA

Se la define como el ldquoconjunto de conductores eleacutectricos

conectados en forma horizontal o vertical uniformemente

espaciados incluyendo electrodos de puesta a tierra

enterrados en forma vertical que se ubican en el interior

del suelordquo

28

El anillo de puesta a tierra en subestaciones eleacutectricas

tiene una gran aacuterea de instalacioacuten ubicaacutendose en el suelo

del patio de maniobras y es recubierta con ripio (piedra en

pequentildeos pedazos)

Los conductores estaacuten soldados comuacutenmente con suelda

exoteacutermica e instalada a una profundidad no mayor de 70

cm

a) Caracteriacutesticas baacutesicas de un Anillo de puesta a

tierra

Las puestas a tierra deben estar constituidas por

materiales y elementos que permitan un correcto

funcionamiento a lo largo de su expectativa de vida uacutetil

a un costo razonable

Las caracteriacutesticas baacutesicas son

Baja resistencia y una distribucioacuten de voltaje de

superficie razonable

Buena capacidad conductora

Larga durabilidad

Los componentes baacutesicos de un Anillo de puesta a

tierra son

29

Conductor de puesta a tierra

El propoacutesito principal es conducir la energiacutea eleacutectrica

de falla de la subestacioacuten hacia tierra los materiales

usuales de construccioacuten son de aluminio o cobre

El aluminio por sus caracteriacutesticas tiene una menor

conductividad eleacutectrica produciendo mayores

peacuterdidas pero tiene un costo relativamente bajo El

cobre es un mejor conductor que el aluminio sin

embargo el costo es mucho mayor

Varilla o jabalina de puesta a tierra

Generalmente se las denomina como jabalinas

varillas o electrodo vertical de puesta a tierra

usualmente en las instalaciones de puesta a tierra

se las coloca en forma verticalperpendicular a la

superficie soldados con el conductor horizontal de

puesta a tierra en los veacutertices dependiendo de la

configuracioacuten de la Anillo

b) Configuracioacuten del Anillo de puesta a tierra

En la implementacioacuten de la malla de tierra se toma en

consideracioacuten el espacio fiacutesico disponible y los

requerimientos eleacutectricos

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

VIII

LISTADO DE FIGURAS

Figura Ndeg 01 Sistema de puesta a tierra simple

Figura Ndeg 02 Distribucioacuten del potencial alrededor de un electrodo

Figura Nordm 03 Graacutefico esquemaacutetico para determinar la resistividad eleacutectrica de

un material

Figura Nordm 04 Resistividad de un cubo de terreno de 1m de lado

Figura Nordm 05 Meacutetodo wenner de medida de la resistividad del terreno

Figura Nordm 06 Meacutetodo schlumberge de medida de la resistividad del terreno

Figura Nordm 07 Ecuacioacuten de la resistividad

Figura Nordm 08 Ecuacioacuten de la resistividad aparente

Figura Nordm 09 Ecuacioacuten de la resistencia de un electrodo vertical

Figura Nordm 10 Ecuacioacuten de la resistencia de electrodos paralelos

Figura Nordm 11 Ecuacioacuten de la resistencia de la malla

Figura Nordm 12 Ecuacioacuten de la resistencia mutua

Figura Nordm 13 Ecuacioacuten de la resistencia total

Figura Ndeg 14 Meacutetodo de wenner ndash utilizado en la determinacioacuten inciakl de la

resistividad

Figura Ndeg 15 Curva resistividad vs profundidad

Figura Ndeg 16 Curva ldquoKrdquo vs profundidad ldquoHrdquo

Figura Ndeg 17 Representacioacuten de la profundidad ldquohrdquo en relacioacuten a la superficie

del suelo

Figura Ndeg 18 Dimensionamiento del pozo a tierra

Figura Ndeg 19 Detalle del enterramiento de cable desnudo en zanja

Figura Ndeg 20 Detalle de la unioacuten fleje con varilla en pozo de tierra

IX

Figura Ndeg 21 Conexioacuten del sistema de puesta a tierra con la estacioacuten base de

comunicaciones

Figura Ndeg 22 Comparacioacuten de la resistividad y resistencia

X

LISTADO DE TABLAS

Tabla Nordm 01 Naturaleza del terreno

Tabla Ndeg 02 Lectura realizada con el Teluroacutemetro

Tabla Ndeg 03 Datos calculados en relacioacuten a la resistividad

Tabla Ndeg 04 Obtencioacuten de los paraacutemetros ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Tabla Ndeg 05 Obtencioacuten del paraacutemetro ldquoHrdquo

Tabla Ndeg 06 Obtencioacuten de los paraacutemetros ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Tabla Ndeg 07 Obtencioacuten del paraacutemetro ldquoHrdquo

Tabla Ndeg 08 Valores de resistividad y resistencia antes del disentildeo

Tabla Ndeg 09 Valores de resistividad y resistencia despueacutes del disentildeo

11

INTRODUCCIOacuteN

En toda instalacioacuten eleacutectrica es esencial proteger la infraestructura equipos y

bienes en general Por tal motivo se necesita dotarla de mecanismos de proteccioacuten

adecuados ya sea que se trate de instalaciones para alimentar aparatos eleacutectricos

o con estructuras susceptibles de deterioro eleacutectricamente hablando Por lo dicho

es fundamental la proteccioacuten contra fallas de aislamiento que originen tensiones

por el contacto indirecto

La tensioacuten por contacto indirecto se origina en una estructura metaacutelica cuando un

conductor energizado y sin aislamiento establece contacto la misma

energizaacutendola Para minimizar los efectos de dicho contacto indirecto la

instalacioacuten debe contar con un sistema de proteccioacuten el meacutetodo maacutes efectivo y

de mayor seguridad es el sistema de puesta a tierra

A nivel de equipos de telecomunicaciones es importante y casi imprescindible

hacer uso de mecanismos de proteccioacuten que garanticen la operacioacuten y

disponibilidad de los mismos de forma permanente evitando averiacuteas debido a

variaciones de potencial que se presentaban entre la masa y la tierra

En ese sentido y con la finalidad de disentildear un sistema de puesta a tierra como

alternativa de proteccioacuten sobre la cual se encuentra instalado la estacioacuten base

transmisora de comunicacioacuten es que a continuacioacuten presento mi proyecto de

ingenieriacutea el cual estaacute divido en 3 capiacutetulos

Cabe sentildealar que la Estacioacuten Base Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA

de ahora en adelante llamada ldquoEBTrdquo de la empresa ldquoCLARO SACrdquo presentaba la

12

ausencia de un sistema de puesta a tierra ya que contratista encargada de

realizar la EBT no concluyo los trabajos y aun restaba la ejecucioacuten de sistema

puesta a tierra por lo que se nos otorgoacute el disentildeo y ejecucioacuten ya que habiacutea la

necesidad de poner en operacioacuten lo maacutes pronto posible la transmisioacuten de

comunicacioacuten por celular

En el Capiacutetulo I se describe el planteamiento del problema que estaacute relacionado

con la no ejecucioacuten de un sistema de puesta a tierra el mismo que genera una

exposicioacuten a los equipos de comunicaciones y retraso en los plazos establecidos

para que pueda entrar en funcionamiento la EBT otro problema presente es la

reduccioacuten del ohmiaje ya el terreno presentaba una resistividad muy alta

En el Capiacutetulo II se describe el marco teoacuterico en la cual se sustenta la propuesta

de solucioacuten referente al disentildeo de un sistema de puesta a tierra apoyaacutendome en

teoriacuteas relacionadas al caacutelculo de su resistencia eleacutectrica meacutetodos de medicioacuten

de resistividad asiacute como normativas relacionadas a su construccioacuten

En el Capiacutetulo III se presenta el disentildeo del sistema de puesta a tierra a fin de

alcanzar una resistencia adecuada seguacuten la normatividad para luego especificar

los procedimientos para su construccioacuten Finalmente se presenta un anaacutelisis en la

cual se obtiene el ohmiaje requerido el cual es necesario para la proteccioacuten de los

equipos de comunicaciones y asiacute poder cumplir los estaacutendares requeridos

13

CAPIacuteTULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

11 DESCRIPCIOacuteN DE LA REALIDAD PROBLEMAacuteTICA

La Estacioacuten Base Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA ahora

llamada ldquoEBTrdquo de la empresa ldquoCLARO SACrdquo ubicado en la provincia de

Chepen ndash La Libertad presentaba una situacioacuten muy particular no teniacutea un

sistema de puesta a tierra ya que por problemas de cambio de

CONTRATISTA no se ejecutoacute por lo que se requirioacute el disentildeo y ejecucioacuten del

SPAT ya que se teniacutea la necesidad de poner en operacioacuten lo maacutes pronto

posible la transmisioacuten de comunicacioacuten por celular por lo que se estaba

incumpliendo con los tiempos y plazos establecidos

De esta forma se exponiacutean los equipos de comunicaciones haciendo maacutes

grave esta situacioacuten el hecho de que estos equipos son muy sensibles a

pequentildeas descargas eleacutectricas o a pequentildeas oscilaciones de energiacutea

eleacutectrica en su alimentacioacuten

Tambieacuten cabe sentildealar que otro problema muy importante fue la reduccioacuten

del ohmiaje ya que para el procedimiento se visualizoacute que el terreno era

altamente resistivo

14

12 JUSTIFICACIOacuteN DEL PROYECTO

El proyecto se justifica en que al disentildear e implementar un sistema de puesta

a tierra en la EBT se reduciraacute los riesgos de variaciones de potencial que se

presentaban entre la masa y la tierra garantizando la proteccioacuten de los

equipos de comunicaciones y mejorando la disponibilidad del enlace de

comunicacioacuten evitando paradas inesperadas del mismo y eliminando

cualquier posibilidad de penalidad o sancioacuten por parte del ente regulador de

las telecomunicaciones

Y es que el disentildeo propuesto plantea cumplir con los estaacutendares requeridos

para la EBT de comunicaciones hasta un valor oacuteptimo capaz de garantizar

la proteccioacuten y seguridad de los equipos de comunicacioacuten con un valor

maacuteximo de 5 Ω

13 DELIMITACIOacuteN DEL PROYECTO

131 TEOacuteRICA

El trabajo de suficiencia profesional desarrollado desde el punto de

vista teoacuterico abarca el diagnoacutestico de la resistividad del suelo donde

se ubica la estacioacuten base trasmisora de comunicaciones mediante el

meacutetodo de Wenner y para el caacutelculo de la resistencia del sistema de

puesta a tierra disentildeado se utiliza la foacutermula de Schwartz

15

132 ESPACIAL

El sistema de puesta a tierra se desarrolloacute para la estacioacuten base de

transmisioacuten de comunicaciones - ALKOSTA de la Empresa ldquoCLARO

SACrdquo ubicado en San Pedro 106 provincia de Chepen ndash La libertad

133 TEMPORAL

El proyecto de ingenieriacutea comprende el periodo del 4 de abril al 21 de

abril de 2017

14 FORMULACIOacuteN DEL PROBLEMA

141 PROBLEMA GENERAL

iquestCoacutemo poder disentildear un sistema de puesta a tierra como alternativa

para la proteccioacuten de equipos de la EBT de Comunicaciones-

ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La Libertad

142 PROBLEMAS ESPECIacuteFICOS

iquestCoacutemo disentildear el sistema de puesta a tierra para poder cumplir

con los estaacutendares establecidos en la EBT de Comunicaciones-

ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La Libertad

iquestCuaacutento seraacute el valor de la resistividad obtenido a partir del disentildeo

del sistema de puesta a tierra propuesto usando la Bentonita

Cemento Conductivo y Tierra de Chacra en la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la

provincia de Chepen-La Libertad

16

15 OBJETIVOS

151 OBJETIVO GENERAL

Disentildear un sistema de puesta a tierra como alternativa para la

proteccioacuten de equipos de la Estacioacuten Base Transmisora de

Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La

Libertad

152 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS

Disentildear el sistema de puesta a tierra con el fin de poder cumplir

con el estandarizado para la Estacioacuten Base Transmisora de

Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-

La Libertad

Calcular el valor de la resistividad a partir del disentildeo del sistema

de puesta a tierra propuesto con el uso de Bentonita Cemento

Conductivo y Tierra de chacra para la Estacioacuten Base Transmisora

de Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de

Chepen-La Libertad

17

CAPIacuteTULO II

MARCO TEOacuteRICO

21 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIOacuteN

Beltraacuten (2010) en su tesis titulada ldquoDiagnoacutestico de la red de puesta a tierra

de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA IIrdquo para 400230 Y 345 KVrdquo para

optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la Universidad del

Oriente de Barcelona concluye que ldquoEl valor teoacuterico de la resistencia de la

malla a tierra da un valor por debajo de 1Ω lo que indica un buen

funcionamiento de la malla de tierra garantizando asiacute la disipacioacuten de

algunas corrientes de fallas en la SE Ademaacutes los voltajes de toque y paso

en la periferia son menores en comparacioacuten con los valores tolerable

obtenidos tanto por el meacutetodo matemaacutetico como por el meacutetodo del programa

digital ETAPrdquo1

Duche (2013) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de telecomunicaciones de

Movistarrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la

Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye que ldquoEl disentildeo y

caacutelculo de resistencia realizado para la Estacioacuten presenta una resistencia de

puesta a tierra de 457Ω lo cual es bueno ya que las normas dicen que estos

sistemas de telecomunicaciones deben tener valores por debajo de los 5Ω

1BELTRAN Y (2014)Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA II

(Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente Barcelona Espantildea

18

cumpliendo asiacute los requerimientos para sistemas de telecomunicaciones El

valor medido de la resistividad del terreno se ve afectado por las condiciones

del terreno del medio ambiente o temperatura y principalmente de la

estacionalidad del antildeordquo2

Fierro (2015) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica

Salesiana ndash Sede Guayaquilrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea

Eleacutectrica en la Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye

que ldquoAl efectuar las mediciones de resistividad se pudo observar tambieacuten

que mientras se aumentoacute la distancia entre cada pica de medicioacuten disminuyo

la resistividad del terreno esta accioacuten es inversamente proporcional El

disentildeo y el caacutelculo de la resistencia realizado para la Subestacioacuten Eleacutectrica

presenta una resistencia de puesta a tierra de 095Ω cumpliendo con la

norma seguacuten CEN Covenin 200rdquo3

De la Vega (2012) en su libro titulado ldquoProblemas de ingenieriacutea de puesta a

tierrardquo sentildeala que ldquoUna instalacioacuten de puesta a tierra es aquella instalacioacuten

eleacutectrica que tiene como misioacuten derivar corriente hacia la tierra o bien

establecer contacto con ella las corrientes involucradas pueden ser de

2DUCHE E (2013)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de

telecomunicaciones de Movistar (Tesis de Pre Grado)Universidad Politeacutecnica Salesiana Guayaquil

Ecuador

3FIERRO R (2015)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de

la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede Guayaquil (Tesis de Pre Grado)Disentildeo del sistema de puesta

a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede

Guayaquil Guayaquil Ecuador

19

naturaleza estacionaria casi estacionaria de alta frecuencia o

electromagneacutetica en forma de impulsos corrientes que pueden ser

originadas durante el funcionamiento de un sistema teacutecnico hecho por el

hombre o causado por un fenoacutemeno naturalrdquo4

Garciacutea (2013) en su libro titulado ldquoLa Puesta a tierra de instalaciones

eleacutectricas y el RATrdquo sentildeala que ldquoEl valor de la resistencia de puesta a

tierra y el reparto de potencial en el suelo cuando el sistema de puesta a

tierra esta recorrido por una intensidad de defecto tienen fundamentalmente

como factor proporcional determinante la resistencia especifica o resistividad

del terreno y del subsuelo en el que estaacute enterrada Es por esta razoacuten que la

concepcioacuten de una red de puesta a tierra requiere inicialmente el anaacutelisis

de la naturaleza del suelo sobre el que vaya a realizarserdquo5

Gonzaacutelez (2013) en su libro titulado ldquoInstalaciones de Distribucioacutenrdquo sentildeala

que ldquoPara llevar a cabo el meacutetodo de Wenner se necesitan 4 electrodos

puestos en liacutenea recta a la misma distancia unos de otros Entre los

electrodos exteriores se inyecta una corriente alterna y entre los electrodos

interiores se mide la diferencia de potenciardquo6

4DE LA VEGA M (2012)Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico LIMUSA

5GARCIacuteA R (2013)La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT Barcelona Espantildea

MARCOMBO

6GONZAacuteLESZJ (2013)Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea EDITEX

20

22 BASES TEOacuteRICAS

221 SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

La mayoriacutea de las contingencias eleacutectricas se deben a errores de

alambrado y de eacutestos la mayoriacutea estaacuten relacionados con los sistemas de

puesta a tierra Hablar de este tema suena muy abstracto para quien no

estaacute relacionado con en el mismo La puesta a tierra es una conexioacuten de

seguridad humana y patrimonial que se disentildea en los equipos eleacutectricos

electroacutenicos y otros sistemas para protegerlos de disturbios o transitorios

por los cuales pudieran resultar dantildeados Recordemos que una falla es

una fuga de corriente que busca un medio de conduccioacuten para

drenar a tierra este medio podriacutea ser una persona y el riesgo es

mayor si esta se encuentra en lugares huacutemedos por lo que un

sistema de puesta a tierra es vital para la proteccioacuten contra este

fenoacutemeno

Los procedimientos de disentildeo de un sistema de puesta a tierra se

basan en conceptos tradicionales pero su aplicacioacuten puede ser muy

compleja es decir el proyecto se puede ver como ciencia pero la

aplicacioacuten correcta es un arte ya que cada instalacioacuten es uacutenica en

su localizacioacuten tipo de suelo y equipos a proteger Por lo tanto

realizar un sistema de puesta a tierra requiere de un cuidado

especial y su realizacioacuten debe hacerse por personas calificadas

21

Cuando se propone realizar la instalacioacuten de puesta a tierra de

inmediato pensamos en una varilla o una malla de metal conductora

enterrada en nuestras instalaciones y que tiene el fin de confinar y

dispersar en el terreno subyacente descargas fortuitas asumiendo

su ldquoeliminacioacutenrdquo sin embargo esto es incorrecto ya que se ha

demostrado que en estos puntos existen diferencias de potencial

valores que un determinado momento se podriacutea comparar con el

potencial necesario con el que trabajan los aparatos

electrodomeacutesticos Se ha comprobado que en la mayoriacutea de las

fallas de los sistemas en baja tensioacuten sobre todo en donde estaacuten

sistemas de coacutemputo que las fallas se deben a una mala conexioacuten

del conductor de puesta a tierra

Por otro lado se sabe que el globo terraacutequeo es considerado con

potencial cero no obstante el material que la compone puede tener

una resistividad eleacutectrica muy alta asiacute que para obtener un valor

adecuado se debe hacer un estudio que nos indique que el valor

seleccionado estaacute dentro de lo permitido

La resistividad es la caracteriacutestica del terreno de oponer resistencia

al paso de la corriente eleacutectrica en un metro cuacutebico Este teacutermino se

refiere al valor que existe entre el electrodo de la toma de tierra que

se desea considerar y otro electrodo lejano de resistencia cero este

valor puede variar dentro de un rango muy amplio ya que depende

del tipo de material que tenga el suelo del contenido de humedad

variaciones estacionales etc

22

Por mencionar un ejemplo una conexioacuten soacutelida a tierra facilita de

manera importante la operacioacuten de los dispositivos de proteccioacuten

contra sobretensiones ya que estos equipos como pararrayos

apartarrayos hilo de guarda cuernos de arqueo etc necesitan de

una conexioacuten a tierra para su correcta ejecucioacuten

Un sistema de puesta a tierra es un conjunto de conductores

eleacutectricos (cables y electrodos) directamente enterrados en el suelo

y distribuidos a traveacutes de una instalacioacuten expresamente disentildeada

para soportar corrientes excepcionales en caso de corto circuito o

descarga atmosfeacuterica entre otras eventualidades A este sistema se

conectan todos y cada uno de los elementos de la instalacioacuten que

requieran ser puestos a tierra tales como los neutros tanques y

carcasas de los equipos los cables de guarda las estructuras

metaacutelicas y todas aquellas partes metaacutelicas que deben estar a

potencial de tierra logrando los siguientes objetivos

Proveer un medio seguro para proteger al personal

Proporcionar un circuito de muy baja impedancia para la

circulacioacuten de las corrientes a tierra

Proveer un medio para disipar las corrientes eleacutectricas

indeseables Facilitar la operacioacuten de los dispositivos de

proteccioacuten

Proveer un medio de descarga y desenergizacioacuten de equipos

antes de proceder a las tareas de mantenimiento

23

Dar mayor confiabilidad y seguridad al servicio eleacutectrico

Disipar la corriente asociada a las descargas atmosfeacutericas

limitando las sobretensiones generadas

Limitar la elevacioacuten de potencial de la red a valores aceptables

cuando ocurre una falla a tierra

Establecimiento y permanencia de un potencial de referencia

2211 CLASIFICACIOacuteN DE LOS SISTEMAS PUESTA A

TIERRA

Los sistemas de puesta a tierra se clasifican en dos

grandes grupos

a) De acuerdo a su naturaleza

Esta clasificacioacuten se refiere a la naturaleza dicotoacutemica

de los sistemas de puesta a tierra y se divide en dos

secciones

Instalacioacuten artificial de puesta a tierra

Son aquellas que se construyen especiacuteficamente

para tal fin utilizando las diversas clases de

electrodos

Instalacioacuten natural de puesta a tierra

Son en realidad elementos de otros sistemas

teacutecnicos (liacuteneas de tuberiacuteas metaacutelicas o cimientos de

estructuras metaacutelicas) que se encuentren dentro del

aacutembito de la instalacioacuten que se desea proteger yo

en su proximidad

24

b) De acuerdo a su aplicacioacuten

Se refiere en otras palabras a las que distingue las

instalaciones de puesta a tierra de acuerdo a su

funcionalidad y constan de tres secciones importantes

Sistemas de puesta a tierra de proteccioacuten

Tienen la misioacuten de limitar el valor de la tensioacuten

contra tierra de aqueacutellas partes del sistema eleacutectrico

que no deben ser mantenidas ni en tensioacuten ni

aisladas y con las cuales puede tener contacto el

personal

Es indispensable para asegurar que durante el

traspaso de corriente a tierra no dantildeen a los seres

vivos que estuviesen dentro del sistema de tierra o

en su proximidad en esos momentos

Sistemas de puesta a tierra de funcionamiento

Se aplica para satisfacer ciertas condiciones del

servicio del sistema teacutecnico en cuestioacuten es decir

sirven para poner a tierra por necesidad de

funcionamiento a determinados puntos del circuito

eleacutectrico tales como neutro de generadores y

transformadores aparatos para la conexioacuten de la

tensioacuten contra tierra apartarrayos etc

25

Sistemas de puesta a tierra de trabajo

Estos sistemas son realizados con caraacutecter

provisional efectuados para poner a tierra parte de

la instalacioacuten eleacutectrica normalmente en tensioacuten a

los cuales se debe llegar para efectuar un trabajo o

reparacioacuten tales como cuchillas de seccionadores

etc

Existen diferentes dispositivos o partes del sistema con

un fin determinado pero cada uno tiene diferente

propoacutesito no es lo mismo la puesta a tierra contra

descargas atmosfeacutericas que la puesta a tierra para

cargas electrostaacuteticas

Por tal motivo es necesario hacer una clasificacioacuten

secundaria de los sistemas de puesta a tierra de

acuerdo a su propoacutesito esto es

Puesta a tierra de los sistemas eleacutectricos

Esta clasificacioacuten tiene el propoacutesito de limitar

cualquier voltaje elevado que pueda resultar de

descargas atmosfeacutericas fenoacutemenos de induccioacuten o

de contactos no intencionales con cables de voltajes

maacutes altos

26

Se logra uniendo mediante un conductor apropiado

a la corriente de falla a tierra total del sistema una

parte del sistema eleacutectrico al planeta tierra

a) Puesta a tierra en sentildeales electroacutenicas

Su propoacutesito es evitar la contaminacioacuten de sentildeales

con frecuencias diferentes a las deseadas

La puesta a tierra se logra mediante blindajes de

todo tipo conectados a una referencia cero que

puede ser el planeta tierra Tambieacuten tiene el

propoacutesito de evitar la destruccioacuten de los elementos

semiconductores por un incremento en el voltaje Se

colocan dispositivos de proteccioacuten conectados entre

los conductores activos y la referencia cero

b) Puesta a tierra de proteccioacuten atmosfeacuterica

Sirve para canalizar la energiacutea de las descargas

atmosfeacutericas a tierra sin mayores dantildeos a personas

y propiedades Esta proteccioacuten se logra con una

malla metaacutelica igualadora de potencial conectada al

planeta tierra que cubre los equipos o edificios a

proteger

27

c) Puesta a tierra de proteccioacuten electrostaacutetica

La finalidad de esta proteccioacuten es neutralizar las

cargas electrostaacuteticas producidas en los materiales

dieleacutectricos Se logra uniendo todas las partes

metaacutelicas y dieleacutectricas utilizando el planeta tierra

como referencia de voltaje cero

En la figura siguiente se observa un sistema de

puesta a tierra simple formado por un electrodo un

conductor eleacutectrico y su respectivo conector

FIGURA Ndeg 01 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SIMPLE

2212 ANILLO - PUESTA A TIERRA

Se la define como el ldquoconjunto de conductores eleacutectricos

conectados en forma horizontal o vertical uniformemente

espaciados incluyendo electrodos de puesta a tierra

enterrados en forma vertical que se ubican en el interior

del suelordquo

28

El anillo de puesta a tierra en subestaciones eleacutectricas

tiene una gran aacuterea de instalacioacuten ubicaacutendose en el suelo

del patio de maniobras y es recubierta con ripio (piedra en

pequentildeos pedazos)

Los conductores estaacuten soldados comuacutenmente con suelda

exoteacutermica e instalada a una profundidad no mayor de 70

cm

a) Caracteriacutesticas baacutesicas de un Anillo de puesta a

tierra

Las puestas a tierra deben estar constituidas por

materiales y elementos que permitan un correcto

funcionamiento a lo largo de su expectativa de vida uacutetil

a un costo razonable

Las caracteriacutesticas baacutesicas son

Baja resistencia y una distribucioacuten de voltaje de

superficie razonable

Buena capacidad conductora

Larga durabilidad

Los componentes baacutesicos de un Anillo de puesta a

tierra son

29

Conductor de puesta a tierra

El propoacutesito principal es conducir la energiacutea eleacutectrica

de falla de la subestacioacuten hacia tierra los materiales

usuales de construccioacuten son de aluminio o cobre

El aluminio por sus caracteriacutesticas tiene una menor

conductividad eleacutectrica produciendo mayores

peacuterdidas pero tiene un costo relativamente bajo El

cobre es un mejor conductor que el aluminio sin

embargo el costo es mucho mayor

Varilla o jabalina de puesta a tierra

Generalmente se las denomina como jabalinas

varillas o electrodo vertical de puesta a tierra

usualmente en las instalaciones de puesta a tierra

se las coloca en forma verticalperpendicular a la

superficie soldados con el conductor horizontal de

puesta a tierra en los veacutertices dependiendo de la

configuracioacuten de la Anillo

b) Configuracioacuten del Anillo de puesta a tierra

En la implementacioacuten de la malla de tierra se toma en

consideracioacuten el espacio fiacutesico disponible y los

requerimientos eleacutectricos

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

IX

Figura Ndeg 21 Conexioacuten del sistema de puesta a tierra con la estacioacuten base de

comunicaciones

Figura Ndeg 22 Comparacioacuten de la resistividad y resistencia

X

LISTADO DE TABLAS

Tabla Nordm 01 Naturaleza del terreno

Tabla Ndeg 02 Lectura realizada con el Teluroacutemetro

Tabla Ndeg 03 Datos calculados en relacioacuten a la resistividad

Tabla Ndeg 04 Obtencioacuten de los paraacutemetros ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Tabla Ndeg 05 Obtencioacuten del paraacutemetro ldquoHrdquo

Tabla Ndeg 06 Obtencioacuten de los paraacutemetros ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Tabla Ndeg 07 Obtencioacuten del paraacutemetro ldquoHrdquo

Tabla Ndeg 08 Valores de resistividad y resistencia antes del disentildeo

Tabla Ndeg 09 Valores de resistividad y resistencia despueacutes del disentildeo

11

INTRODUCCIOacuteN

En toda instalacioacuten eleacutectrica es esencial proteger la infraestructura equipos y

bienes en general Por tal motivo se necesita dotarla de mecanismos de proteccioacuten

adecuados ya sea que se trate de instalaciones para alimentar aparatos eleacutectricos

o con estructuras susceptibles de deterioro eleacutectricamente hablando Por lo dicho

es fundamental la proteccioacuten contra fallas de aislamiento que originen tensiones

por el contacto indirecto

La tensioacuten por contacto indirecto se origina en una estructura metaacutelica cuando un

conductor energizado y sin aislamiento establece contacto la misma

energizaacutendola Para minimizar los efectos de dicho contacto indirecto la

instalacioacuten debe contar con un sistema de proteccioacuten el meacutetodo maacutes efectivo y

de mayor seguridad es el sistema de puesta a tierra

A nivel de equipos de telecomunicaciones es importante y casi imprescindible

hacer uso de mecanismos de proteccioacuten que garanticen la operacioacuten y

disponibilidad de los mismos de forma permanente evitando averiacuteas debido a

variaciones de potencial que se presentaban entre la masa y la tierra

En ese sentido y con la finalidad de disentildear un sistema de puesta a tierra como

alternativa de proteccioacuten sobre la cual se encuentra instalado la estacioacuten base

transmisora de comunicacioacuten es que a continuacioacuten presento mi proyecto de

ingenieriacutea el cual estaacute divido en 3 capiacutetulos

Cabe sentildealar que la Estacioacuten Base Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA

de ahora en adelante llamada ldquoEBTrdquo de la empresa ldquoCLARO SACrdquo presentaba la

12

ausencia de un sistema de puesta a tierra ya que contratista encargada de

realizar la EBT no concluyo los trabajos y aun restaba la ejecucioacuten de sistema

puesta a tierra por lo que se nos otorgoacute el disentildeo y ejecucioacuten ya que habiacutea la

necesidad de poner en operacioacuten lo maacutes pronto posible la transmisioacuten de

comunicacioacuten por celular

En el Capiacutetulo I se describe el planteamiento del problema que estaacute relacionado

con la no ejecucioacuten de un sistema de puesta a tierra el mismo que genera una

exposicioacuten a los equipos de comunicaciones y retraso en los plazos establecidos

para que pueda entrar en funcionamiento la EBT otro problema presente es la

reduccioacuten del ohmiaje ya el terreno presentaba una resistividad muy alta

En el Capiacutetulo II se describe el marco teoacuterico en la cual se sustenta la propuesta

de solucioacuten referente al disentildeo de un sistema de puesta a tierra apoyaacutendome en

teoriacuteas relacionadas al caacutelculo de su resistencia eleacutectrica meacutetodos de medicioacuten

de resistividad asiacute como normativas relacionadas a su construccioacuten

En el Capiacutetulo III se presenta el disentildeo del sistema de puesta a tierra a fin de

alcanzar una resistencia adecuada seguacuten la normatividad para luego especificar

los procedimientos para su construccioacuten Finalmente se presenta un anaacutelisis en la

cual se obtiene el ohmiaje requerido el cual es necesario para la proteccioacuten de los

equipos de comunicaciones y asiacute poder cumplir los estaacutendares requeridos

13

CAPIacuteTULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

11 DESCRIPCIOacuteN DE LA REALIDAD PROBLEMAacuteTICA

La Estacioacuten Base Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA ahora

llamada ldquoEBTrdquo de la empresa ldquoCLARO SACrdquo ubicado en la provincia de

Chepen ndash La Libertad presentaba una situacioacuten muy particular no teniacutea un

sistema de puesta a tierra ya que por problemas de cambio de

CONTRATISTA no se ejecutoacute por lo que se requirioacute el disentildeo y ejecucioacuten del

SPAT ya que se teniacutea la necesidad de poner en operacioacuten lo maacutes pronto

posible la transmisioacuten de comunicacioacuten por celular por lo que se estaba

incumpliendo con los tiempos y plazos establecidos

De esta forma se exponiacutean los equipos de comunicaciones haciendo maacutes

grave esta situacioacuten el hecho de que estos equipos son muy sensibles a

pequentildeas descargas eleacutectricas o a pequentildeas oscilaciones de energiacutea

eleacutectrica en su alimentacioacuten

Tambieacuten cabe sentildealar que otro problema muy importante fue la reduccioacuten

del ohmiaje ya que para el procedimiento se visualizoacute que el terreno era

altamente resistivo

14

12 JUSTIFICACIOacuteN DEL PROYECTO

El proyecto se justifica en que al disentildear e implementar un sistema de puesta

a tierra en la EBT se reduciraacute los riesgos de variaciones de potencial que se

presentaban entre la masa y la tierra garantizando la proteccioacuten de los

equipos de comunicaciones y mejorando la disponibilidad del enlace de

comunicacioacuten evitando paradas inesperadas del mismo y eliminando

cualquier posibilidad de penalidad o sancioacuten por parte del ente regulador de

las telecomunicaciones

Y es que el disentildeo propuesto plantea cumplir con los estaacutendares requeridos

para la EBT de comunicaciones hasta un valor oacuteptimo capaz de garantizar

la proteccioacuten y seguridad de los equipos de comunicacioacuten con un valor

maacuteximo de 5 Ω

13 DELIMITACIOacuteN DEL PROYECTO

131 TEOacuteRICA

El trabajo de suficiencia profesional desarrollado desde el punto de

vista teoacuterico abarca el diagnoacutestico de la resistividad del suelo donde

se ubica la estacioacuten base trasmisora de comunicaciones mediante el

meacutetodo de Wenner y para el caacutelculo de la resistencia del sistema de

puesta a tierra disentildeado se utiliza la foacutermula de Schwartz

15

132 ESPACIAL

El sistema de puesta a tierra se desarrolloacute para la estacioacuten base de

transmisioacuten de comunicaciones - ALKOSTA de la Empresa ldquoCLARO

SACrdquo ubicado en San Pedro 106 provincia de Chepen ndash La libertad

133 TEMPORAL

El proyecto de ingenieriacutea comprende el periodo del 4 de abril al 21 de

abril de 2017

14 FORMULACIOacuteN DEL PROBLEMA

141 PROBLEMA GENERAL

iquestCoacutemo poder disentildear un sistema de puesta a tierra como alternativa

para la proteccioacuten de equipos de la EBT de Comunicaciones-

ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La Libertad

142 PROBLEMAS ESPECIacuteFICOS

iquestCoacutemo disentildear el sistema de puesta a tierra para poder cumplir

con los estaacutendares establecidos en la EBT de Comunicaciones-

ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La Libertad

iquestCuaacutento seraacute el valor de la resistividad obtenido a partir del disentildeo

del sistema de puesta a tierra propuesto usando la Bentonita

Cemento Conductivo y Tierra de Chacra en la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la

provincia de Chepen-La Libertad

16

15 OBJETIVOS

151 OBJETIVO GENERAL

Disentildear un sistema de puesta a tierra como alternativa para la

proteccioacuten de equipos de la Estacioacuten Base Transmisora de

Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La

Libertad

152 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS

Disentildear el sistema de puesta a tierra con el fin de poder cumplir

con el estandarizado para la Estacioacuten Base Transmisora de

Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-

La Libertad

Calcular el valor de la resistividad a partir del disentildeo del sistema

de puesta a tierra propuesto con el uso de Bentonita Cemento

Conductivo y Tierra de chacra para la Estacioacuten Base Transmisora

de Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de

Chepen-La Libertad

17

CAPIacuteTULO II

MARCO TEOacuteRICO

21 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIOacuteN

Beltraacuten (2010) en su tesis titulada ldquoDiagnoacutestico de la red de puesta a tierra

de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA IIrdquo para 400230 Y 345 KVrdquo para

optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la Universidad del

Oriente de Barcelona concluye que ldquoEl valor teoacuterico de la resistencia de la

malla a tierra da un valor por debajo de 1Ω lo que indica un buen

funcionamiento de la malla de tierra garantizando asiacute la disipacioacuten de

algunas corrientes de fallas en la SE Ademaacutes los voltajes de toque y paso

en la periferia son menores en comparacioacuten con los valores tolerable

obtenidos tanto por el meacutetodo matemaacutetico como por el meacutetodo del programa

digital ETAPrdquo1

Duche (2013) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de telecomunicaciones de

Movistarrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la

Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye que ldquoEl disentildeo y

caacutelculo de resistencia realizado para la Estacioacuten presenta una resistencia de

puesta a tierra de 457Ω lo cual es bueno ya que las normas dicen que estos

sistemas de telecomunicaciones deben tener valores por debajo de los 5Ω

1BELTRAN Y (2014)Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA II

(Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente Barcelona Espantildea

18

cumpliendo asiacute los requerimientos para sistemas de telecomunicaciones El

valor medido de la resistividad del terreno se ve afectado por las condiciones

del terreno del medio ambiente o temperatura y principalmente de la

estacionalidad del antildeordquo2

Fierro (2015) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica

Salesiana ndash Sede Guayaquilrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea

Eleacutectrica en la Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye

que ldquoAl efectuar las mediciones de resistividad se pudo observar tambieacuten

que mientras se aumentoacute la distancia entre cada pica de medicioacuten disminuyo

la resistividad del terreno esta accioacuten es inversamente proporcional El

disentildeo y el caacutelculo de la resistencia realizado para la Subestacioacuten Eleacutectrica

presenta una resistencia de puesta a tierra de 095Ω cumpliendo con la

norma seguacuten CEN Covenin 200rdquo3

De la Vega (2012) en su libro titulado ldquoProblemas de ingenieriacutea de puesta a

tierrardquo sentildeala que ldquoUna instalacioacuten de puesta a tierra es aquella instalacioacuten

eleacutectrica que tiene como misioacuten derivar corriente hacia la tierra o bien

establecer contacto con ella las corrientes involucradas pueden ser de

2DUCHE E (2013)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de

telecomunicaciones de Movistar (Tesis de Pre Grado)Universidad Politeacutecnica Salesiana Guayaquil

Ecuador

3FIERRO R (2015)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de

la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede Guayaquil (Tesis de Pre Grado)Disentildeo del sistema de puesta

a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede

Guayaquil Guayaquil Ecuador

19

naturaleza estacionaria casi estacionaria de alta frecuencia o

electromagneacutetica en forma de impulsos corrientes que pueden ser

originadas durante el funcionamiento de un sistema teacutecnico hecho por el

hombre o causado por un fenoacutemeno naturalrdquo4

Garciacutea (2013) en su libro titulado ldquoLa Puesta a tierra de instalaciones

eleacutectricas y el RATrdquo sentildeala que ldquoEl valor de la resistencia de puesta a

tierra y el reparto de potencial en el suelo cuando el sistema de puesta a

tierra esta recorrido por una intensidad de defecto tienen fundamentalmente

como factor proporcional determinante la resistencia especifica o resistividad

del terreno y del subsuelo en el que estaacute enterrada Es por esta razoacuten que la

concepcioacuten de una red de puesta a tierra requiere inicialmente el anaacutelisis

de la naturaleza del suelo sobre el que vaya a realizarserdquo5

Gonzaacutelez (2013) en su libro titulado ldquoInstalaciones de Distribucioacutenrdquo sentildeala

que ldquoPara llevar a cabo el meacutetodo de Wenner se necesitan 4 electrodos

puestos en liacutenea recta a la misma distancia unos de otros Entre los

electrodos exteriores se inyecta una corriente alterna y entre los electrodos

interiores se mide la diferencia de potenciardquo6

4DE LA VEGA M (2012)Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico LIMUSA

5GARCIacuteA R (2013)La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT Barcelona Espantildea

MARCOMBO

6GONZAacuteLESZJ (2013)Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea EDITEX

20

22 BASES TEOacuteRICAS

221 SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

La mayoriacutea de las contingencias eleacutectricas se deben a errores de

alambrado y de eacutestos la mayoriacutea estaacuten relacionados con los sistemas de

puesta a tierra Hablar de este tema suena muy abstracto para quien no

estaacute relacionado con en el mismo La puesta a tierra es una conexioacuten de

seguridad humana y patrimonial que se disentildea en los equipos eleacutectricos

electroacutenicos y otros sistemas para protegerlos de disturbios o transitorios

por los cuales pudieran resultar dantildeados Recordemos que una falla es

una fuga de corriente que busca un medio de conduccioacuten para

drenar a tierra este medio podriacutea ser una persona y el riesgo es

mayor si esta se encuentra en lugares huacutemedos por lo que un

sistema de puesta a tierra es vital para la proteccioacuten contra este

fenoacutemeno

Los procedimientos de disentildeo de un sistema de puesta a tierra se

basan en conceptos tradicionales pero su aplicacioacuten puede ser muy

compleja es decir el proyecto se puede ver como ciencia pero la

aplicacioacuten correcta es un arte ya que cada instalacioacuten es uacutenica en

su localizacioacuten tipo de suelo y equipos a proteger Por lo tanto

realizar un sistema de puesta a tierra requiere de un cuidado

especial y su realizacioacuten debe hacerse por personas calificadas

21

Cuando se propone realizar la instalacioacuten de puesta a tierra de

inmediato pensamos en una varilla o una malla de metal conductora

enterrada en nuestras instalaciones y que tiene el fin de confinar y

dispersar en el terreno subyacente descargas fortuitas asumiendo

su ldquoeliminacioacutenrdquo sin embargo esto es incorrecto ya que se ha

demostrado que en estos puntos existen diferencias de potencial

valores que un determinado momento se podriacutea comparar con el

potencial necesario con el que trabajan los aparatos

electrodomeacutesticos Se ha comprobado que en la mayoriacutea de las

fallas de los sistemas en baja tensioacuten sobre todo en donde estaacuten

sistemas de coacutemputo que las fallas se deben a una mala conexioacuten

del conductor de puesta a tierra

Por otro lado se sabe que el globo terraacutequeo es considerado con

potencial cero no obstante el material que la compone puede tener

una resistividad eleacutectrica muy alta asiacute que para obtener un valor

adecuado se debe hacer un estudio que nos indique que el valor

seleccionado estaacute dentro de lo permitido

La resistividad es la caracteriacutestica del terreno de oponer resistencia

al paso de la corriente eleacutectrica en un metro cuacutebico Este teacutermino se

refiere al valor que existe entre el electrodo de la toma de tierra que

se desea considerar y otro electrodo lejano de resistencia cero este

valor puede variar dentro de un rango muy amplio ya que depende

del tipo de material que tenga el suelo del contenido de humedad

variaciones estacionales etc

22

Por mencionar un ejemplo una conexioacuten soacutelida a tierra facilita de

manera importante la operacioacuten de los dispositivos de proteccioacuten

contra sobretensiones ya que estos equipos como pararrayos

apartarrayos hilo de guarda cuernos de arqueo etc necesitan de

una conexioacuten a tierra para su correcta ejecucioacuten

Un sistema de puesta a tierra es un conjunto de conductores

eleacutectricos (cables y electrodos) directamente enterrados en el suelo

y distribuidos a traveacutes de una instalacioacuten expresamente disentildeada

para soportar corrientes excepcionales en caso de corto circuito o

descarga atmosfeacuterica entre otras eventualidades A este sistema se

conectan todos y cada uno de los elementos de la instalacioacuten que

requieran ser puestos a tierra tales como los neutros tanques y

carcasas de los equipos los cables de guarda las estructuras

metaacutelicas y todas aquellas partes metaacutelicas que deben estar a

potencial de tierra logrando los siguientes objetivos

Proveer un medio seguro para proteger al personal

Proporcionar un circuito de muy baja impedancia para la

circulacioacuten de las corrientes a tierra

Proveer un medio para disipar las corrientes eleacutectricas

indeseables Facilitar la operacioacuten de los dispositivos de

proteccioacuten

Proveer un medio de descarga y desenergizacioacuten de equipos

antes de proceder a las tareas de mantenimiento

23

Dar mayor confiabilidad y seguridad al servicio eleacutectrico

Disipar la corriente asociada a las descargas atmosfeacutericas

limitando las sobretensiones generadas

Limitar la elevacioacuten de potencial de la red a valores aceptables

cuando ocurre una falla a tierra

Establecimiento y permanencia de un potencial de referencia

2211 CLASIFICACIOacuteN DE LOS SISTEMAS PUESTA A

TIERRA

Los sistemas de puesta a tierra se clasifican en dos

grandes grupos

a) De acuerdo a su naturaleza

Esta clasificacioacuten se refiere a la naturaleza dicotoacutemica

de los sistemas de puesta a tierra y se divide en dos

secciones

Instalacioacuten artificial de puesta a tierra

Son aquellas que se construyen especiacuteficamente

para tal fin utilizando las diversas clases de

electrodos

Instalacioacuten natural de puesta a tierra

Son en realidad elementos de otros sistemas

teacutecnicos (liacuteneas de tuberiacuteas metaacutelicas o cimientos de

estructuras metaacutelicas) que se encuentren dentro del

aacutembito de la instalacioacuten que se desea proteger yo

en su proximidad

24

b) De acuerdo a su aplicacioacuten

Se refiere en otras palabras a las que distingue las

instalaciones de puesta a tierra de acuerdo a su

funcionalidad y constan de tres secciones importantes

Sistemas de puesta a tierra de proteccioacuten

Tienen la misioacuten de limitar el valor de la tensioacuten

contra tierra de aqueacutellas partes del sistema eleacutectrico

que no deben ser mantenidas ni en tensioacuten ni

aisladas y con las cuales puede tener contacto el

personal

Es indispensable para asegurar que durante el

traspaso de corriente a tierra no dantildeen a los seres

vivos que estuviesen dentro del sistema de tierra o

en su proximidad en esos momentos

Sistemas de puesta a tierra de funcionamiento

Se aplica para satisfacer ciertas condiciones del

servicio del sistema teacutecnico en cuestioacuten es decir

sirven para poner a tierra por necesidad de

funcionamiento a determinados puntos del circuito

eleacutectrico tales como neutro de generadores y

transformadores aparatos para la conexioacuten de la

tensioacuten contra tierra apartarrayos etc

25

Sistemas de puesta a tierra de trabajo

Estos sistemas son realizados con caraacutecter

provisional efectuados para poner a tierra parte de

la instalacioacuten eleacutectrica normalmente en tensioacuten a

los cuales se debe llegar para efectuar un trabajo o

reparacioacuten tales como cuchillas de seccionadores

etc

Existen diferentes dispositivos o partes del sistema con

un fin determinado pero cada uno tiene diferente

propoacutesito no es lo mismo la puesta a tierra contra

descargas atmosfeacutericas que la puesta a tierra para

cargas electrostaacuteticas

Por tal motivo es necesario hacer una clasificacioacuten

secundaria de los sistemas de puesta a tierra de

acuerdo a su propoacutesito esto es

Puesta a tierra de los sistemas eleacutectricos

Esta clasificacioacuten tiene el propoacutesito de limitar

cualquier voltaje elevado que pueda resultar de

descargas atmosfeacutericas fenoacutemenos de induccioacuten o

de contactos no intencionales con cables de voltajes

maacutes altos

26

Se logra uniendo mediante un conductor apropiado

a la corriente de falla a tierra total del sistema una

parte del sistema eleacutectrico al planeta tierra

a) Puesta a tierra en sentildeales electroacutenicas

Su propoacutesito es evitar la contaminacioacuten de sentildeales

con frecuencias diferentes a las deseadas

La puesta a tierra se logra mediante blindajes de

todo tipo conectados a una referencia cero que

puede ser el planeta tierra Tambieacuten tiene el

propoacutesito de evitar la destruccioacuten de los elementos

semiconductores por un incremento en el voltaje Se

colocan dispositivos de proteccioacuten conectados entre

los conductores activos y la referencia cero

b) Puesta a tierra de proteccioacuten atmosfeacuterica

Sirve para canalizar la energiacutea de las descargas

atmosfeacutericas a tierra sin mayores dantildeos a personas

y propiedades Esta proteccioacuten se logra con una

malla metaacutelica igualadora de potencial conectada al

planeta tierra que cubre los equipos o edificios a

proteger

27

c) Puesta a tierra de proteccioacuten electrostaacutetica

La finalidad de esta proteccioacuten es neutralizar las

cargas electrostaacuteticas producidas en los materiales

dieleacutectricos Se logra uniendo todas las partes

metaacutelicas y dieleacutectricas utilizando el planeta tierra

como referencia de voltaje cero

En la figura siguiente se observa un sistema de

puesta a tierra simple formado por un electrodo un

conductor eleacutectrico y su respectivo conector

FIGURA Ndeg 01 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SIMPLE

2212 ANILLO - PUESTA A TIERRA

Se la define como el ldquoconjunto de conductores eleacutectricos

conectados en forma horizontal o vertical uniformemente

espaciados incluyendo electrodos de puesta a tierra

enterrados en forma vertical que se ubican en el interior

del suelordquo

28

El anillo de puesta a tierra en subestaciones eleacutectricas

tiene una gran aacuterea de instalacioacuten ubicaacutendose en el suelo

del patio de maniobras y es recubierta con ripio (piedra en

pequentildeos pedazos)

Los conductores estaacuten soldados comuacutenmente con suelda

exoteacutermica e instalada a una profundidad no mayor de 70

cm

a) Caracteriacutesticas baacutesicas de un Anillo de puesta a

tierra

Las puestas a tierra deben estar constituidas por

materiales y elementos que permitan un correcto

funcionamiento a lo largo de su expectativa de vida uacutetil

a un costo razonable

Las caracteriacutesticas baacutesicas son

Baja resistencia y una distribucioacuten de voltaje de

superficie razonable

Buena capacidad conductora

Larga durabilidad

Los componentes baacutesicos de un Anillo de puesta a

tierra son

29

Conductor de puesta a tierra

El propoacutesito principal es conducir la energiacutea eleacutectrica

de falla de la subestacioacuten hacia tierra los materiales

usuales de construccioacuten son de aluminio o cobre

El aluminio por sus caracteriacutesticas tiene una menor

conductividad eleacutectrica produciendo mayores

peacuterdidas pero tiene un costo relativamente bajo El

cobre es un mejor conductor que el aluminio sin

embargo el costo es mucho mayor

Varilla o jabalina de puesta a tierra

Generalmente se las denomina como jabalinas

varillas o electrodo vertical de puesta a tierra

usualmente en las instalaciones de puesta a tierra

se las coloca en forma verticalperpendicular a la

superficie soldados con el conductor horizontal de

puesta a tierra en los veacutertices dependiendo de la

configuracioacuten de la Anillo

b) Configuracioacuten del Anillo de puesta a tierra

En la implementacioacuten de la malla de tierra se toma en

consideracioacuten el espacio fiacutesico disponible y los

requerimientos eleacutectricos

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

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Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

X

LISTADO DE TABLAS

Tabla Nordm 01 Naturaleza del terreno

Tabla Ndeg 02 Lectura realizada con el Teluroacutemetro

Tabla Ndeg 03 Datos calculados en relacioacuten a la resistividad

Tabla Ndeg 04 Obtencioacuten de los paraacutemetros ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Tabla Ndeg 05 Obtencioacuten del paraacutemetro ldquoHrdquo

Tabla Ndeg 06 Obtencioacuten de los paraacutemetros ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Tabla Ndeg 07 Obtencioacuten del paraacutemetro ldquoHrdquo

Tabla Ndeg 08 Valores de resistividad y resistencia antes del disentildeo

Tabla Ndeg 09 Valores de resistividad y resistencia despueacutes del disentildeo

11

INTRODUCCIOacuteN

En toda instalacioacuten eleacutectrica es esencial proteger la infraestructura equipos y

bienes en general Por tal motivo se necesita dotarla de mecanismos de proteccioacuten

adecuados ya sea que se trate de instalaciones para alimentar aparatos eleacutectricos

o con estructuras susceptibles de deterioro eleacutectricamente hablando Por lo dicho

es fundamental la proteccioacuten contra fallas de aislamiento que originen tensiones

por el contacto indirecto

La tensioacuten por contacto indirecto se origina en una estructura metaacutelica cuando un

conductor energizado y sin aislamiento establece contacto la misma

energizaacutendola Para minimizar los efectos de dicho contacto indirecto la

instalacioacuten debe contar con un sistema de proteccioacuten el meacutetodo maacutes efectivo y

de mayor seguridad es el sistema de puesta a tierra

A nivel de equipos de telecomunicaciones es importante y casi imprescindible

hacer uso de mecanismos de proteccioacuten que garanticen la operacioacuten y

disponibilidad de los mismos de forma permanente evitando averiacuteas debido a

variaciones de potencial que se presentaban entre la masa y la tierra

En ese sentido y con la finalidad de disentildear un sistema de puesta a tierra como

alternativa de proteccioacuten sobre la cual se encuentra instalado la estacioacuten base

transmisora de comunicacioacuten es que a continuacioacuten presento mi proyecto de

ingenieriacutea el cual estaacute divido en 3 capiacutetulos

Cabe sentildealar que la Estacioacuten Base Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA

de ahora en adelante llamada ldquoEBTrdquo de la empresa ldquoCLARO SACrdquo presentaba la

12

ausencia de un sistema de puesta a tierra ya que contratista encargada de

realizar la EBT no concluyo los trabajos y aun restaba la ejecucioacuten de sistema

puesta a tierra por lo que se nos otorgoacute el disentildeo y ejecucioacuten ya que habiacutea la

necesidad de poner en operacioacuten lo maacutes pronto posible la transmisioacuten de

comunicacioacuten por celular

En el Capiacutetulo I se describe el planteamiento del problema que estaacute relacionado

con la no ejecucioacuten de un sistema de puesta a tierra el mismo que genera una

exposicioacuten a los equipos de comunicaciones y retraso en los plazos establecidos

para que pueda entrar en funcionamiento la EBT otro problema presente es la

reduccioacuten del ohmiaje ya el terreno presentaba una resistividad muy alta

En el Capiacutetulo II se describe el marco teoacuterico en la cual se sustenta la propuesta

de solucioacuten referente al disentildeo de un sistema de puesta a tierra apoyaacutendome en

teoriacuteas relacionadas al caacutelculo de su resistencia eleacutectrica meacutetodos de medicioacuten

de resistividad asiacute como normativas relacionadas a su construccioacuten

En el Capiacutetulo III se presenta el disentildeo del sistema de puesta a tierra a fin de

alcanzar una resistencia adecuada seguacuten la normatividad para luego especificar

los procedimientos para su construccioacuten Finalmente se presenta un anaacutelisis en la

cual se obtiene el ohmiaje requerido el cual es necesario para la proteccioacuten de los

equipos de comunicaciones y asiacute poder cumplir los estaacutendares requeridos

13

CAPIacuteTULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

11 DESCRIPCIOacuteN DE LA REALIDAD PROBLEMAacuteTICA

La Estacioacuten Base Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA ahora

llamada ldquoEBTrdquo de la empresa ldquoCLARO SACrdquo ubicado en la provincia de

Chepen ndash La Libertad presentaba una situacioacuten muy particular no teniacutea un

sistema de puesta a tierra ya que por problemas de cambio de

CONTRATISTA no se ejecutoacute por lo que se requirioacute el disentildeo y ejecucioacuten del

SPAT ya que se teniacutea la necesidad de poner en operacioacuten lo maacutes pronto

posible la transmisioacuten de comunicacioacuten por celular por lo que se estaba

incumpliendo con los tiempos y plazos establecidos

De esta forma se exponiacutean los equipos de comunicaciones haciendo maacutes

grave esta situacioacuten el hecho de que estos equipos son muy sensibles a

pequentildeas descargas eleacutectricas o a pequentildeas oscilaciones de energiacutea

eleacutectrica en su alimentacioacuten

Tambieacuten cabe sentildealar que otro problema muy importante fue la reduccioacuten

del ohmiaje ya que para el procedimiento se visualizoacute que el terreno era

altamente resistivo

14

12 JUSTIFICACIOacuteN DEL PROYECTO

El proyecto se justifica en que al disentildear e implementar un sistema de puesta

a tierra en la EBT se reduciraacute los riesgos de variaciones de potencial que se

presentaban entre la masa y la tierra garantizando la proteccioacuten de los

equipos de comunicaciones y mejorando la disponibilidad del enlace de

comunicacioacuten evitando paradas inesperadas del mismo y eliminando

cualquier posibilidad de penalidad o sancioacuten por parte del ente regulador de

las telecomunicaciones

Y es que el disentildeo propuesto plantea cumplir con los estaacutendares requeridos

para la EBT de comunicaciones hasta un valor oacuteptimo capaz de garantizar

la proteccioacuten y seguridad de los equipos de comunicacioacuten con un valor

maacuteximo de 5 Ω

13 DELIMITACIOacuteN DEL PROYECTO

131 TEOacuteRICA

El trabajo de suficiencia profesional desarrollado desde el punto de

vista teoacuterico abarca el diagnoacutestico de la resistividad del suelo donde

se ubica la estacioacuten base trasmisora de comunicaciones mediante el

meacutetodo de Wenner y para el caacutelculo de la resistencia del sistema de

puesta a tierra disentildeado se utiliza la foacutermula de Schwartz

15

132 ESPACIAL

El sistema de puesta a tierra se desarrolloacute para la estacioacuten base de

transmisioacuten de comunicaciones - ALKOSTA de la Empresa ldquoCLARO

SACrdquo ubicado en San Pedro 106 provincia de Chepen ndash La libertad

133 TEMPORAL

El proyecto de ingenieriacutea comprende el periodo del 4 de abril al 21 de

abril de 2017

14 FORMULACIOacuteN DEL PROBLEMA

141 PROBLEMA GENERAL

iquestCoacutemo poder disentildear un sistema de puesta a tierra como alternativa

para la proteccioacuten de equipos de la EBT de Comunicaciones-

ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La Libertad

142 PROBLEMAS ESPECIacuteFICOS

iquestCoacutemo disentildear el sistema de puesta a tierra para poder cumplir

con los estaacutendares establecidos en la EBT de Comunicaciones-

ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La Libertad

iquestCuaacutento seraacute el valor de la resistividad obtenido a partir del disentildeo

del sistema de puesta a tierra propuesto usando la Bentonita

Cemento Conductivo y Tierra de Chacra en la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la

provincia de Chepen-La Libertad

16

15 OBJETIVOS

151 OBJETIVO GENERAL

Disentildear un sistema de puesta a tierra como alternativa para la

proteccioacuten de equipos de la Estacioacuten Base Transmisora de

Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La

Libertad

152 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS

Disentildear el sistema de puesta a tierra con el fin de poder cumplir

con el estandarizado para la Estacioacuten Base Transmisora de

Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-

La Libertad

Calcular el valor de la resistividad a partir del disentildeo del sistema

de puesta a tierra propuesto con el uso de Bentonita Cemento

Conductivo y Tierra de chacra para la Estacioacuten Base Transmisora

de Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de

Chepen-La Libertad

17

CAPIacuteTULO II

MARCO TEOacuteRICO

21 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIOacuteN

Beltraacuten (2010) en su tesis titulada ldquoDiagnoacutestico de la red de puesta a tierra

de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA IIrdquo para 400230 Y 345 KVrdquo para

optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la Universidad del

Oriente de Barcelona concluye que ldquoEl valor teoacuterico de la resistencia de la

malla a tierra da un valor por debajo de 1Ω lo que indica un buen

funcionamiento de la malla de tierra garantizando asiacute la disipacioacuten de

algunas corrientes de fallas en la SE Ademaacutes los voltajes de toque y paso

en la periferia son menores en comparacioacuten con los valores tolerable

obtenidos tanto por el meacutetodo matemaacutetico como por el meacutetodo del programa

digital ETAPrdquo1

Duche (2013) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de telecomunicaciones de

Movistarrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la

Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye que ldquoEl disentildeo y

caacutelculo de resistencia realizado para la Estacioacuten presenta una resistencia de

puesta a tierra de 457Ω lo cual es bueno ya que las normas dicen que estos

sistemas de telecomunicaciones deben tener valores por debajo de los 5Ω

1BELTRAN Y (2014)Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA II

(Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente Barcelona Espantildea

18

cumpliendo asiacute los requerimientos para sistemas de telecomunicaciones El

valor medido de la resistividad del terreno se ve afectado por las condiciones

del terreno del medio ambiente o temperatura y principalmente de la

estacionalidad del antildeordquo2

Fierro (2015) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica

Salesiana ndash Sede Guayaquilrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea

Eleacutectrica en la Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye

que ldquoAl efectuar las mediciones de resistividad se pudo observar tambieacuten

que mientras se aumentoacute la distancia entre cada pica de medicioacuten disminuyo

la resistividad del terreno esta accioacuten es inversamente proporcional El

disentildeo y el caacutelculo de la resistencia realizado para la Subestacioacuten Eleacutectrica

presenta una resistencia de puesta a tierra de 095Ω cumpliendo con la

norma seguacuten CEN Covenin 200rdquo3

De la Vega (2012) en su libro titulado ldquoProblemas de ingenieriacutea de puesta a

tierrardquo sentildeala que ldquoUna instalacioacuten de puesta a tierra es aquella instalacioacuten

eleacutectrica que tiene como misioacuten derivar corriente hacia la tierra o bien

establecer contacto con ella las corrientes involucradas pueden ser de

2DUCHE E (2013)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de

telecomunicaciones de Movistar (Tesis de Pre Grado)Universidad Politeacutecnica Salesiana Guayaquil

Ecuador

3FIERRO R (2015)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de

la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede Guayaquil (Tesis de Pre Grado)Disentildeo del sistema de puesta

a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede

Guayaquil Guayaquil Ecuador

19

naturaleza estacionaria casi estacionaria de alta frecuencia o

electromagneacutetica en forma de impulsos corrientes que pueden ser

originadas durante el funcionamiento de un sistema teacutecnico hecho por el

hombre o causado por un fenoacutemeno naturalrdquo4

Garciacutea (2013) en su libro titulado ldquoLa Puesta a tierra de instalaciones

eleacutectricas y el RATrdquo sentildeala que ldquoEl valor de la resistencia de puesta a

tierra y el reparto de potencial en el suelo cuando el sistema de puesta a

tierra esta recorrido por una intensidad de defecto tienen fundamentalmente

como factor proporcional determinante la resistencia especifica o resistividad

del terreno y del subsuelo en el que estaacute enterrada Es por esta razoacuten que la

concepcioacuten de una red de puesta a tierra requiere inicialmente el anaacutelisis

de la naturaleza del suelo sobre el que vaya a realizarserdquo5

Gonzaacutelez (2013) en su libro titulado ldquoInstalaciones de Distribucioacutenrdquo sentildeala

que ldquoPara llevar a cabo el meacutetodo de Wenner se necesitan 4 electrodos

puestos en liacutenea recta a la misma distancia unos de otros Entre los

electrodos exteriores se inyecta una corriente alterna y entre los electrodos

interiores se mide la diferencia de potenciardquo6

4DE LA VEGA M (2012)Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico LIMUSA

5GARCIacuteA R (2013)La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT Barcelona Espantildea

MARCOMBO

6GONZAacuteLESZJ (2013)Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea EDITEX

20

22 BASES TEOacuteRICAS

221 SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

La mayoriacutea de las contingencias eleacutectricas se deben a errores de

alambrado y de eacutestos la mayoriacutea estaacuten relacionados con los sistemas de

puesta a tierra Hablar de este tema suena muy abstracto para quien no

estaacute relacionado con en el mismo La puesta a tierra es una conexioacuten de

seguridad humana y patrimonial que se disentildea en los equipos eleacutectricos

electroacutenicos y otros sistemas para protegerlos de disturbios o transitorios

por los cuales pudieran resultar dantildeados Recordemos que una falla es

una fuga de corriente que busca un medio de conduccioacuten para

drenar a tierra este medio podriacutea ser una persona y el riesgo es

mayor si esta se encuentra en lugares huacutemedos por lo que un

sistema de puesta a tierra es vital para la proteccioacuten contra este

fenoacutemeno

Los procedimientos de disentildeo de un sistema de puesta a tierra se

basan en conceptos tradicionales pero su aplicacioacuten puede ser muy

compleja es decir el proyecto se puede ver como ciencia pero la

aplicacioacuten correcta es un arte ya que cada instalacioacuten es uacutenica en

su localizacioacuten tipo de suelo y equipos a proteger Por lo tanto

realizar un sistema de puesta a tierra requiere de un cuidado

especial y su realizacioacuten debe hacerse por personas calificadas

21

Cuando se propone realizar la instalacioacuten de puesta a tierra de

inmediato pensamos en una varilla o una malla de metal conductora

enterrada en nuestras instalaciones y que tiene el fin de confinar y

dispersar en el terreno subyacente descargas fortuitas asumiendo

su ldquoeliminacioacutenrdquo sin embargo esto es incorrecto ya que se ha

demostrado que en estos puntos existen diferencias de potencial

valores que un determinado momento se podriacutea comparar con el

potencial necesario con el que trabajan los aparatos

electrodomeacutesticos Se ha comprobado que en la mayoriacutea de las

fallas de los sistemas en baja tensioacuten sobre todo en donde estaacuten

sistemas de coacutemputo que las fallas se deben a una mala conexioacuten

del conductor de puesta a tierra

Por otro lado se sabe que el globo terraacutequeo es considerado con

potencial cero no obstante el material que la compone puede tener

una resistividad eleacutectrica muy alta asiacute que para obtener un valor

adecuado se debe hacer un estudio que nos indique que el valor

seleccionado estaacute dentro de lo permitido

La resistividad es la caracteriacutestica del terreno de oponer resistencia

al paso de la corriente eleacutectrica en un metro cuacutebico Este teacutermino se

refiere al valor que existe entre el electrodo de la toma de tierra que

se desea considerar y otro electrodo lejano de resistencia cero este

valor puede variar dentro de un rango muy amplio ya que depende

del tipo de material que tenga el suelo del contenido de humedad

variaciones estacionales etc

22

Por mencionar un ejemplo una conexioacuten soacutelida a tierra facilita de

manera importante la operacioacuten de los dispositivos de proteccioacuten

contra sobretensiones ya que estos equipos como pararrayos

apartarrayos hilo de guarda cuernos de arqueo etc necesitan de

una conexioacuten a tierra para su correcta ejecucioacuten

Un sistema de puesta a tierra es un conjunto de conductores

eleacutectricos (cables y electrodos) directamente enterrados en el suelo

y distribuidos a traveacutes de una instalacioacuten expresamente disentildeada

para soportar corrientes excepcionales en caso de corto circuito o

descarga atmosfeacuterica entre otras eventualidades A este sistema se

conectan todos y cada uno de los elementos de la instalacioacuten que

requieran ser puestos a tierra tales como los neutros tanques y

carcasas de los equipos los cables de guarda las estructuras

metaacutelicas y todas aquellas partes metaacutelicas que deben estar a

potencial de tierra logrando los siguientes objetivos

Proveer un medio seguro para proteger al personal

Proporcionar un circuito de muy baja impedancia para la

circulacioacuten de las corrientes a tierra

Proveer un medio para disipar las corrientes eleacutectricas

indeseables Facilitar la operacioacuten de los dispositivos de

proteccioacuten

Proveer un medio de descarga y desenergizacioacuten de equipos

antes de proceder a las tareas de mantenimiento

23

Dar mayor confiabilidad y seguridad al servicio eleacutectrico

Disipar la corriente asociada a las descargas atmosfeacutericas

limitando las sobretensiones generadas

Limitar la elevacioacuten de potencial de la red a valores aceptables

cuando ocurre una falla a tierra

Establecimiento y permanencia de un potencial de referencia

2211 CLASIFICACIOacuteN DE LOS SISTEMAS PUESTA A

TIERRA

Los sistemas de puesta a tierra se clasifican en dos

grandes grupos

a) De acuerdo a su naturaleza

Esta clasificacioacuten se refiere a la naturaleza dicotoacutemica

de los sistemas de puesta a tierra y se divide en dos

secciones

Instalacioacuten artificial de puesta a tierra

Son aquellas que se construyen especiacuteficamente

para tal fin utilizando las diversas clases de

electrodos

Instalacioacuten natural de puesta a tierra

Son en realidad elementos de otros sistemas

teacutecnicos (liacuteneas de tuberiacuteas metaacutelicas o cimientos de

estructuras metaacutelicas) que se encuentren dentro del

aacutembito de la instalacioacuten que se desea proteger yo

en su proximidad

24

b) De acuerdo a su aplicacioacuten

Se refiere en otras palabras a las que distingue las

instalaciones de puesta a tierra de acuerdo a su

funcionalidad y constan de tres secciones importantes

Sistemas de puesta a tierra de proteccioacuten

Tienen la misioacuten de limitar el valor de la tensioacuten

contra tierra de aqueacutellas partes del sistema eleacutectrico

que no deben ser mantenidas ni en tensioacuten ni

aisladas y con las cuales puede tener contacto el

personal

Es indispensable para asegurar que durante el

traspaso de corriente a tierra no dantildeen a los seres

vivos que estuviesen dentro del sistema de tierra o

en su proximidad en esos momentos

Sistemas de puesta a tierra de funcionamiento

Se aplica para satisfacer ciertas condiciones del

servicio del sistema teacutecnico en cuestioacuten es decir

sirven para poner a tierra por necesidad de

funcionamiento a determinados puntos del circuito

eleacutectrico tales como neutro de generadores y

transformadores aparatos para la conexioacuten de la

tensioacuten contra tierra apartarrayos etc

25

Sistemas de puesta a tierra de trabajo

Estos sistemas son realizados con caraacutecter

provisional efectuados para poner a tierra parte de

la instalacioacuten eleacutectrica normalmente en tensioacuten a

los cuales se debe llegar para efectuar un trabajo o

reparacioacuten tales como cuchillas de seccionadores

etc

Existen diferentes dispositivos o partes del sistema con

un fin determinado pero cada uno tiene diferente

propoacutesito no es lo mismo la puesta a tierra contra

descargas atmosfeacutericas que la puesta a tierra para

cargas electrostaacuteticas

Por tal motivo es necesario hacer una clasificacioacuten

secundaria de los sistemas de puesta a tierra de

acuerdo a su propoacutesito esto es

Puesta a tierra de los sistemas eleacutectricos

Esta clasificacioacuten tiene el propoacutesito de limitar

cualquier voltaje elevado que pueda resultar de

descargas atmosfeacutericas fenoacutemenos de induccioacuten o

de contactos no intencionales con cables de voltajes

maacutes altos

26

Se logra uniendo mediante un conductor apropiado

a la corriente de falla a tierra total del sistema una

parte del sistema eleacutectrico al planeta tierra

a) Puesta a tierra en sentildeales electroacutenicas

Su propoacutesito es evitar la contaminacioacuten de sentildeales

con frecuencias diferentes a las deseadas

La puesta a tierra se logra mediante blindajes de

todo tipo conectados a una referencia cero que

puede ser el planeta tierra Tambieacuten tiene el

propoacutesito de evitar la destruccioacuten de los elementos

semiconductores por un incremento en el voltaje Se

colocan dispositivos de proteccioacuten conectados entre

los conductores activos y la referencia cero

b) Puesta a tierra de proteccioacuten atmosfeacuterica

Sirve para canalizar la energiacutea de las descargas

atmosfeacutericas a tierra sin mayores dantildeos a personas

y propiedades Esta proteccioacuten se logra con una

malla metaacutelica igualadora de potencial conectada al

planeta tierra que cubre los equipos o edificios a

proteger

27

c) Puesta a tierra de proteccioacuten electrostaacutetica

La finalidad de esta proteccioacuten es neutralizar las

cargas electrostaacuteticas producidas en los materiales

dieleacutectricos Se logra uniendo todas las partes

metaacutelicas y dieleacutectricas utilizando el planeta tierra

como referencia de voltaje cero

En la figura siguiente se observa un sistema de

puesta a tierra simple formado por un electrodo un

conductor eleacutectrico y su respectivo conector

FIGURA Ndeg 01 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SIMPLE

2212 ANILLO - PUESTA A TIERRA

Se la define como el ldquoconjunto de conductores eleacutectricos

conectados en forma horizontal o vertical uniformemente

espaciados incluyendo electrodos de puesta a tierra

enterrados en forma vertical que se ubican en el interior

del suelordquo

28

El anillo de puesta a tierra en subestaciones eleacutectricas

tiene una gran aacuterea de instalacioacuten ubicaacutendose en el suelo

del patio de maniobras y es recubierta con ripio (piedra en

pequentildeos pedazos)

Los conductores estaacuten soldados comuacutenmente con suelda

exoteacutermica e instalada a una profundidad no mayor de 70

cm

a) Caracteriacutesticas baacutesicas de un Anillo de puesta a

tierra

Las puestas a tierra deben estar constituidas por

materiales y elementos que permitan un correcto

funcionamiento a lo largo de su expectativa de vida uacutetil

a un costo razonable

Las caracteriacutesticas baacutesicas son

Baja resistencia y una distribucioacuten de voltaje de

superficie razonable

Buena capacidad conductora

Larga durabilidad

Los componentes baacutesicos de un Anillo de puesta a

tierra son

29

Conductor de puesta a tierra

El propoacutesito principal es conducir la energiacutea eleacutectrica

de falla de la subestacioacuten hacia tierra los materiales

usuales de construccioacuten son de aluminio o cobre

El aluminio por sus caracteriacutesticas tiene una menor

conductividad eleacutectrica produciendo mayores

peacuterdidas pero tiene un costo relativamente bajo El

cobre es un mejor conductor que el aluminio sin

embargo el costo es mucho mayor

Varilla o jabalina de puesta a tierra

Generalmente se las denomina como jabalinas

varillas o electrodo vertical de puesta a tierra

usualmente en las instalaciones de puesta a tierra

se las coloca en forma verticalperpendicular a la

superficie soldados con el conductor horizontal de

puesta a tierra en los veacutertices dependiendo de la

configuracioacuten de la Anillo

b) Configuracioacuten del Anillo de puesta a tierra

En la implementacioacuten de la malla de tierra se toma en

consideracioacuten el espacio fiacutesico disponible y los

requerimientos eleacutectricos

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

11

INTRODUCCIOacuteN

En toda instalacioacuten eleacutectrica es esencial proteger la infraestructura equipos y

bienes en general Por tal motivo se necesita dotarla de mecanismos de proteccioacuten

adecuados ya sea que se trate de instalaciones para alimentar aparatos eleacutectricos

o con estructuras susceptibles de deterioro eleacutectricamente hablando Por lo dicho

es fundamental la proteccioacuten contra fallas de aislamiento que originen tensiones

por el contacto indirecto

La tensioacuten por contacto indirecto se origina en una estructura metaacutelica cuando un

conductor energizado y sin aislamiento establece contacto la misma

energizaacutendola Para minimizar los efectos de dicho contacto indirecto la

instalacioacuten debe contar con un sistema de proteccioacuten el meacutetodo maacutes efectivo y

de mayor seguridad es el sistema de puesta a tierra

A nivel de equipos de telecomunicaciones es importante y casi imprescindible

hacer uso de mecanismos de proteccioacuten que garanticen la operacioacuten y

disponibilidad de los mismos de forma permanente evitando averiacuteas debido a

variaciones de potencial que se presentaban entre la masa y la tierra

En ese sentido y con la finalidad de disentildear un sistema de puesta a tierra como

alternativa de proteccioacuten sobre la cual se encuentra instalado la estacioacuten base

transmisora de comunicacioacuten es que a continuacioacuten presento mi proyecto de

ingenieriacutea el cual estaacute divido en 3 capiacutetulos

Cabe sentildealar que la Estacioacuten Base Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA

de ahora en adelante llamada ldquoEBTrdquo de la empresa ldquoCLARO SACrdquo presentaba la

12

ausencia de un sistema de puesta a tierra ya que contratista encargada de

realizar la EBT no concluyo los trabajos y aun restaba la ejecucioacuten de sistema

puesta a tierra por lo que se nos otorgoacute el disentildeo y ejecucioacuten ya que habiacutea la

necesidad de poner en operacioacuten lo maacutes pronto posible la transmisioacuten de

comunicacioacuten por celular

En el Capiacutetulo I se describe el planteamiento del problema que estaacute relacionado

con la no ejecucioacuten de un sistema de puesta a tierra el mismo que genera una

exposicioacuten a los equipos de comunicaciones y retraso en los plazos establecidos

para que pueda entrar en funcionamiento la EBT otro problema presente es la

reduccioacuten del ohmiaje ya el terreno presentaba una resistividad muy alta

En el Capiacutetulo II se describe el marco teoacuterico en la cual se sustenta la propuesta

de solucioacuten referente al disentildeo de un sistema de puesta a tierra apoyaacutendome en

teoriacuteas relacionadas al caacutelculo de su resistencia eleacutectrica meacutetodos de medicioacuten

de resistividad asiacute como normativas relacionadas a su construccioacuten

En el Capiacutetulo III se presenta el disentildeo del sistema de puesta a tierra a fin de

alcanzar una resistencia adecuada seguacuten la normatividad para luego especificar

los procedimientos para su construccioacuten Finalmente se presenta un anaacutelisis en la

cual se obtiene el ohmiaje requerido el cual es necesario para la proteccioacuten de los

equipos de comunicaciones y asiacute poder cumplir los estaacutendares requeridos

13

CAPIacuteTULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

11 DESCRIPCIOacuteN DE LA REALIDAD PROBLEMAacuteTICA

La Estacioacuten Base Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA ahora

llamada ldquoEBTrdquo de la empresa ldquoCLARO SACrdquo ubicado en la provincia de

Chepen ndash La Libertad presentaba una situacioacuten muy particular no teniacutea un

sistema de puesta a tierra ya que por problemas de cambio de

CONTRATISTA no se ejecutoacute por lo que se requirioacute el disentildeo y ejecucioacuten del

SPAT ya que se teniacutea la necesidad de poner en operacioacuten lo maacutes pronto

posible la transmisioacuten de comunicacioacuten por celular por lo que se estaba

incumpliendo con los tiempos y plazos establecidos

De esta forma se exponiacutean los equipos de comunicaciones haciendo maacutes

grave esta situacioacuten el hecho de que estos equipos son muy sensibles a

pequentildeas descargas eleacutectricas o a pequentildeas oscilaciones de energiacutea

eleacutectrica en su alimentacioacuten

Tambieacuten cabe sentildealar que otro problema muy importante fue la reduccioacuten

del ohmiaje ya que para el procedimiento se visualizoacute que el terreno era

altamente resistivo

14

12 JUSTIFICACIOacuteN DEL PROYECTO

El proyecto se justifica en que al disentildear e implementar un sistema de puesta

a tierra en la EBT se reduciraacute los riesgos de variaciones de potencial que se

presentaban entre la masa y la tierra garantizando la proteccioacuten de los

equipos de comunicaciones y mejorando la disponibilidad del enlace de

comunicacioacuten evitando paradas inesperadas del mismo y eliminando

cualquier posibilidad de penalidad o sancioacuten por parte del ente regulador de

las telecomunicaciones

Y es que el disentildeo propuesto plantea cumplir con los estaacutendares requeridos

para la EBT de comunicaciones hasta un valor oacuteptimo capaz de garantizar

la proteccioacuten y seguridad de los equipos de comunicacioacuten con un valor

maacuteximo de 5 Ω

13 DELIMITACIOacuteN DEL PROYECTO

131 TEOacuteRICA

El trabajo de suficiencia profesional desarrollado desde el punto de

vista teoacuterico abarca el diagnoacutestico de la resistividad del suelo donde

se ubica la estacioacuten base trasmisora de comunicaciones mediante el

meacutetodo de Wenner y para el caacutelculo de la resistencia del sistema de

puesta a tierra disentildeado se utiliza la foacutermula de Schwartz

15

132 ESPACIAL

El sistema de puesta a tierra se desarrolloacute para la estacioacuten base de

transmisioacuten de comunicaciones - ALKOSTA de la Empresa ldquoCLARO

SACrdquo ubicado en San Pedro 106 provincia de Chepen ndash La libertad

133 TEMPORAL

El proyecto de ingenieriacutea comprende el periodo del 4 de abril al 21 de

abril de 2017

14 FORMULACIOacuteN DEL PROBLEMA

141 PROBLEMA GENERAL

iquestCoacutemo poder disentildear un sistema de puesta a tierra como alternativa

para la proteccioacuten de equipos de la EBT de Comunicaciones-

ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La Libertad

142 PROBLEMAS ESPECIacuteFICOS

iquestCoacutemo disentildear el sistema de puesta a tierra para poder cumplir

con los estaacutendares establecidos en la EBT de Comunicaciones-

ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La Libertad

iquestCuaacutento seraacute el valor de la resistividad obtenido a partir del disentildeo

del sistema de puesta a tierra propuesto usando la Bentonita

Cemento Conductivo y Tierra de Chacra en la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la

provincia de Chepen-La Libertad

16

15 OBJETIVOS

151 OBJETIVO GENERAL

Disentildear un sistema de puesta a tierra como alternativa para la

proteccioacuten de equipos de la Estacioacuten Base Transmisora de

Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La

Libertad

152 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS

Disentildear el sistema de puesta a tierra con el fin de poder cumplir

con el estandarizado para la Estacioacuten Base Transmisora de

Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-

La Libertad

Calcular el valor de la resistividad a partir del disentildeo del sistema

de puesta a tierra propuesto con el uso de Bentonita Cemento

Conductivo y Tierra de chacra para la Estacioacuten Base Transmisora

de Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de

Chepen-La Libertad

17

CAPIacuteTULO II

MARCO TEOacuteRICO

21 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIOacuteN

Beltraacuten (2010) en su tesis titulada ldquoDiagnoacutestico de la red de puesta a tierra

de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA IIrdquo para 400230 Y 345 KVrdquo para

optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la Universidad del

Oriente de Barcelona concluye que ldquoEl valor teoacuterico de la resistencia de la

malla a tierra da un valor por debajo de 1Ω lo que indica un buen

funcionamiento de la malla de tierra garantizando asiacute la disipacioacuten de

algunas corrientes de fallas en la SE Ademaacutes los voltajes de toque y paso

en la periferia son menores en comparacioacuten con los valores tolerable

obtenidos tanto por el meacutetodo matemaacutetico como por el meacutetodo del programa

digital ETAPrdquo1

Duche (2013) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de telecomunicaciones de

Movistarrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la

Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye que ldquoEl disentildeo y

caacutelculo de resistencia realizado para la Estacioacuten presenta una resistencia de

puesta a tierra de 457Ω lo cual es bueno ya que las normas dicen que estos

sistemas de telecomunicaciones deben tener valores por debajo de los 5Ω

1BELTRAN Y (2014)Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA II

(Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente Barcelona Espantildea

18

cumpliendo asiacute los requerimientos para sistemas de telecomunicaciones El

valor medido de la resistividad del terreno se ve afectado por las condiciones

del terreno del medio ambiente o temperatura y principalmente de la

estacionalidad del antildeordquo2

Fierro (2015) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica

Salesiana ndash Sede Guayaquilrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea

Eleacutectrica en la Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye

que ldquoAl efectuar las mediciones de resistividad se pudo observar tambieacuten

que mientras se aumentoacute la distancia entre cada pica de medicioacuten disminuyo

la resistividad del terreno esta accioacuten es inversamente proporcional El

disentildeo y el caacutelculo de la resistencia realizado para la Subestacioacuten Eleacutectrica

presenta una resistencia de puesta a tierra de 095Ω cumpliendo con la

norma seguacuten CEN Covenin 200rdquo3

De la Vega (2012) en su libro titulado ldquoProblemas de ingenieriacutea de puesta a

tierrardquo sentildeala que ldquoUna instalacioacuten de puesta a tierra es aquella instalacioacuten

eleacutectrica que tiene como misioacuten derivar corriente hacia la tierra o bien

establecer contacto con ella las corrientes involucradas pueden ser de

2DUCHE E (2013)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de

telecomunicaciones de Movistar (Tesis de Pre Grado)Universidad Politeacutecnica Salesiana Guayaquil

Ecuador

3FIERRO R (2015)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de

la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede Guayaquil (Tesis de Pre Grado)Disentildeo del sistema de puesta

a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede

Guayaquil Guayaquil Ecuador

19

naturaleza estacionaria casi estacionaria de alta frecuencia o

electromagneacutetica en forma de impulsos corrientes que pueden ser

originadas durante el funcionamiento de un sistema teacutecnico hecho por el

hombre o causado por un fenoacutemeno naturalrdquo4

Garciacutea (2013) en su libro titulado ldquoLa Puesta a tierra de instalaciones

eleacutectricas y el RATrdquo sentildeala que ldquoEl valor de la resistencia de puesta a

tierra y el reparto de potencial en el suelo cuando el sistema de puesta a

tierra esta recorrido por una intensidad de defecto tienen fundamentalmente

como factor proporcional determinante la resistencia especifica o resistividad

del terreno y del subsuelo en el que estaacute enterrada Es por esta razoacuten que la

concepcioacuten de una red de puesta a tierra requiere inicialmente el anaacutelisis

de la naturaleza del suelo sobre el que vaya a realizarserdquo5

Gonzaacutelez (2013) en su libro titulado ldquoInstalaciones de Distribucioacutenrdquo sentildeala

que ldquoPara llevar a cabo el meacutetodo de Wenner se necesitan 4 electrodos

puestos en liacutenea recta a la misma distancia unos de otros Entre los

electrodos exteriores se inyecta una corriente alterna y entre los electrodos

interiores se mide la diferencia de potenciardquo6

4DE LA VEGA M (2012)Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico LIMUSA

5GARCIacuteA R (2013)La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT Barcelona Espantildea

MARCOMBO

6GONZAacuteLESZJ (2013)Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea EDITEX

20

22 BASES TEOacuteRICAS

221 SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

La mayoriacutea de las contingencias eleacutectricas se deben a errores de

alambrado y de eacutestos la mayoriacutea estaacuten relacionados con los sistemas de

puesta a tierra Hablar de este tema suena muy abstracto para quien no

estaacute relacionado con en el mismo La puesta a tierra es una conexioacuten de

seguridad humana y patrimonial que se disentildea en los equipos eleacutectricos

electroacutenicos y otros sistemas para protegerlos de disturbios o transitorios

por los cuales pudieran resultar dantildeados Recordemos que una falla es

una fuga de corriente que busca un medio de conduccioacuten para

drenar a tierra este medio podriacutea ser una persona y el riesgo es

mayor si esta se encuentra en lugares huacutemedos por lo que un

sistema de puesta a tierra es vital para la proteccioacuten contra este

fenoacutemeno

Los procedimientos de disentildeo de un sistema de puesta a tierra se

basan en conceptos tradicionales pero su aplicacioacuten puede ser muy

compleja es decir el proyecto se puede ver como ciencia pero la

aplicacioacuten correcta es un arte ya que cada instalacioacuten es uacutenica en

su localizacioacuten tipo de suelo y equipos a proteger Por lo tanto

realizar un sistema de puesta a tierra requiere de un cuidado

especial y su realizacioacuten debe hacerse por personas calificadas

21

Cuando se propone realizar la instalacioacuten de puesta a tierra de

inmediato pensamos en una varilla o una malla de metal conductora

enterrada en nuestras instalaciones y que tiene el fin de confinar y

dispersar en el terreno subyacente descargas fortuitas asumiendo

su ldquoeliminacioacutenrdquo sin embargo esto es incorrecto ya que se ha

demostrado que en estos puntos existen diferencias de potencial

valores que un determinado momento se podriacutea comparar con el

potencial necesario con el que trabajan los aparatos

electrodomeacutesticos Se ha comprobado que en la mayoriacutea de las

fallas de los sistemas en baja tensioacuten sobre todo en donde estaacuten

sistemas de coacutemputo que las fallas se deben a una mala conexioacuten

del conductor de puesta a tierra

Por otro lado se sabe que el globo terraacutequeo es considerado con

potencial cero no obstante el material que la compone puede tener

una resistividad eleacutectrica muy alta asiacute que para obtener un valor

adecuado se debe hacer un estudio que nos indique que el valor

seleccionado estaacute dentro de lo permitido

La resistividad es la caracteriacutestica del terreno de oponer resistencia

al paso de la corriente eleacutectrica en un metro cuacutebico Este teacutermino se

refiere al valor que existe entre el electrodo de la toma de tierra que

se desea considerar y otro electrodo lejano de resistencia cero este

valor puede variar dentro de un rango muy amplio ya que depende

del tipo de material que tenga el suelo del contenido de humedad

variaciones estacionales etc

22

Por mencionar un ejemplo una conexioacuten soacutelida a tierra facilita de

manera importante la operacioacuten de los dispositivos de proteccioacuten

contra sobretensiones ya que estos equipos como pararrayos

apartarrayos hilo de guarda cuernos de arqueo etc necesitan de

una conexioacuten a tierra para su correcta ejecucioacuten

Un sistema de puesta a tierra es un conjunto de conductores

eleacutectricos (cables y electrodos) directamente enterrados en el suelo

y distribuidos a traveacutes de una instalacioacuten expresamente disentildeada

para soportar corrientes excepcionales en caso de corto circuito o

descarga atmosfeacuterica entre otras eventualidades A este sistema se

conectan todos y cada uno de los elementos de la instalacioacuten que

requieran ser puestos a tierra tales como los neutros tanques y

carcasas de los equipos los cables de guarda las estructuras

metaacutelicas y todas aquellas partes metaacutelicas que deben estar a

potencial de tierra logrando los siguientes objetivos

Proveer un medio seguro para proteger al personal

Proporcionar un circuito de muy baja impedancia para la

circulacioacuten de las corrientes a tierra

Proveer un medio para disipar las corrientes eleacutectricas

indeseables Facilitar la operacioacuten de los dispositivos de

proteccioacuten

Proveer un medio de descarga y desenergizacioacuten de equipos

antes de proceder a las tareas de mantenimiento

23

Dar mayor confiabilidad y seguridad al servicio eleacutectrico

Disipar la corriente asociada a las descargas atmosfeacutericas

limitando las sobretensiones generadas

Limitar la elevacioacuten de potencial de la red a valores aceptables

cuando ocurre una falla a tierra

Establecimiento y permanencia de un potencial de referencia

2211 CLASIFICACIOacuteN DE LOS SISTEMAS PUESTA A

TIERRA

Los sistemas de puesta a tierra se clasifican en dos

grandes grupos

a) De acuerdo a su naturaleza

Esta clasificacioacuten se refiere a la naturaleza dicotoacutemica

de los sistemas de puesta a tierra y se divide en dos

secciones

Instalacioacuten artificial de puesta a tierra

Son aquellas que se construyen especiacuteficamente

para tal fin utilizando las diversas clases de

electrodos

Instalacioacuten natural de puesta a tierra

Son en realidad elementos de otros sistemas

teacutecnicos (liacuteneas de tuberiacuteas metaacutelicas o cimientos de

estructuras metaacutelicas) que se encuentren dentro del

aacutembito de la instalacioacuten que se desea proteger yo

en su proximidad

24

b) De acuerdo a su aplicacioacuten

Se refiere en otras palabras a las que distingue las

instalaciones de puesta a tierra de acuerdo a su

funcionalidad y constan de tres secciones importantes

Sistemas de puesta a tierra de proteccioacuten

Tienen la misioacuten de limitar el valor de la tensioacuten

contra tierra de aqueacutellas partes del sistema eleacutectrico

que no deben ser mantenidas ni en tensioacuten ni

aisladas y con las cuales puede tener contacto el

personal

Es indispensable para asegurar que durante el

traspaso de corriente a tierra no dantildeen a los seres

vivos que estuviesen dentro del sistema de tierra o

en su proximidad en esos momentos

Sistemas de puesta a tierra de funcionamiento

Se aplica para satisfacer ciertas condiciones del

servicio del sistema teacutecnico en cuestioacuten es decir

sirven para poner a tierra por necesidad de

funcionamiento a determinados puntos del circuito

eleacutectrico tales como neutro de generadores y

transformadores aparatos para la conexioacuten de la

tensioacuten contra tierra apartarrayos etc

25

Sistemas de puesta a tierra de trabajo

Estos sistemas son realizados con caraacutecter

provisional efectuados para poner a tierra parte de

la instalacioacuten eleacutectrica normalmente en tensioacuten a

los cuales se debe llegar para efectuar un trabajo o

reparacioacuten tales como cuchillas de seccionadores

etc

Existen diferentes dispositivos o partes del sistema con

un fin determinado pero cada uno tiene diferente

propoacutesito no es lo mismo la puesta a tierra contra

descargas atmosfeacutericas que la puesta a tierra para

cargas electrostaacuteticas

Por tal motivo es necesario hacer una clasificacioacuten

secundaria de los sistemas de puesta a tierra de

acuerdo a su propoacutesito esto es

Puesta a tierra de los sistemas eleacutectricos

Esta clasificacioacuten tiene el propoacutesito de limitar

cualquier voltaje elevado que pueda resultar de

descargas atmosfeacutericas fenoacutemenos de induccioacuten o

de contactos no intencionales con cables de voltajes

maacutes altos

26

Se logra uniendo mediante un conductor apropiado

a la corriente de falla a tierra total del sistema una

parte del sistema eleacutectrico al planeta tierra

a) Puesta a tierra en sentildeales electroacutenicas

Su propoacutesito es evitar la contaminacioacuten de sentildeales

con frecuencias diferentes a las deseadas

La puesta a tierra se logra mediante blindajes de

todo tipo conectados a una referencia cero que

puede ser el planeta tierra Tambieacuten tiene el

propoacutesito de evitar la destruccioacuten de los elementos

semiconductores por un incremento en el voltaje Se

colocan dispositivos de proteccioacuten conectados entre

los conductores activos y la referencia cero

b) Puesta a tierra de proteccioacuten atmosfeacuterica

Sirve para canalizar la energiacutea de las descargas

atmosfeacutericas a tierra sin mayores dantildeos a personas

y propiedades Esta proteccioacuten se logra con una

malla metaacutelica igualadora de potencial conectada al

planeta tierra que cubre los equipos o edificios a

proteger

27

c) Puesta a tierra de proteccioacuten electrostaacutetica

La finalidad de esta proteccioacuten es neutralizar las

cargas electrostaacuteticas producidas en los materiales

dieleacutectricos Se logra uniendo todas las partes

metaacutelicas y dieleacutectricas utilizando el planeta tierra

como referencia de voltaje cero

En la figura siguiente se observa un sistema de

puesta a tierra simple formado por un electrodo un

conductor eleacutectrico y su respectivo conector

FIGURA Ndeg 01 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SIMPLE

2212 ANILLO - PUESTA A TIERRA

Se la define como el ldquoconjunto de conductores eleacutectricos

conectados en forma horizontal o vertical uniformemente

espaciados incluyendo electrodos de puesta a tierra

enterrados en forma vertical que se ubican en el interior

del suelordquo

28

El anillo de puesta a tierra en subestaciones eleacutectricas

tiene una gran aacuterea de instalacioacuten ubicaacutendose en el suelo

del patio de maniobras y es recubierta con ripio (piedra en

pequentildeos pedazos)

Los conductores estaacuten soldados comuacutenmente con suelda

exoteacutermica e instalada a una profundidad no mayor de 70

cm

a) Caracteriacutesticas baacutesicas de un Anillo de puesta a

tierra

Las puestas a tierra deben estar constituidas por

materiales y elementos que permitan un correcto

funcionamiento a lo largo de su expectativa de vida uacutetil

a un costo razonable

Las caracteriacutesticas baacutesicas son

Baja resistencia y una distribucioacuten de voltaje de

superficie razonable

Buena capacidad conductora

Larga durabilidad

Los componentes baacutesicos de un Anillo de puesta a

tierra son

29

Conductor de puesta a tierra

El propoacutesito principal es conducir la energiacutea eleacutectrica

de falla de la subestacioacuten hacia tierra los materiales

usuales de construccioacuten son de aluminio o cobre

El aluminio por sus caracteriacutesticas tiene una menor

conductividad eleacutectrica produciendo mayores

peacuterdidas pero tiene un costo relativamente bajo El

cobre es un mejor conductor que el aluminio sin

embargo el costo es mucho mayor

Varilla o jabalina de puesta a tierra

Generalmente se las denomina como jabalinas

varillas o electrodo vertical de puesta a tierra

usualmente en las instalaciones de puesta a tierra

se las coloca en forma verticalperpendicular a la

superficie soldados con el conductor horizontal de

puesta a tierra en los veacutertices dependiendo de la

configuracioacuten de la Anillo

b) Configuracioacuten del Anillo de puesta a tierra

En la implementacioacuten de la malla de tierra se toma en

consideracioacuten el espacio fiacutesico disponible y los

requerimientos eleacutectricos

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

12

ausencia de un sistema de puesta a tierra ya que contratista encargada de

realizar la EBT no concluyo los trabajos y aun restaba la ejecucioacuten de sistema

puesta a tierra por lo que se nos otorgoacute el disentildeo y ejecucioacuten ya que habiacutea la

necesidad de poner en operacioacuten lo maacutes pronto posible la transmisioacuten de

comunicacioacuten por celular

En el Capiacutetulo I se describe el planteamiento del problema que estaacute relacionado

con la no ejecucioacuten de un sistema de puesta a tierra el mismo que genera una

exposicioacuten a los equipos de comunicaciones y retraso en los plazos establecidos

para que pueda entrar en funcionamiento la EBT otro problema presente es la

reduccioacuten del ohmiaje ya el terreno presentaba una resistividad muy alta

En el Capiacutetulo II se describe el marco teoacuterico en la cual se sustenta la propuesta

de solucioacuten referente al disentildeo de un sistema de puesta a tierra apoyaacutendome en

teoriacuteas relacionadas al caacutelculo de su resistencia eleacutectrica meacutetodos de medicioacuten

de resistividad asiacute como normativas relacionadas a su construccioacuten

En el Capiacutetulo III se presenta el disentildeo del sistema de puesta a tierra a fin de

alcanzar una resistencia adecuada seguacuten la normatividad para luego especificar

los procedimientos para su construccioacuten Finalmente se presenta un anaacutelisis en la

cual se obtiene el ohmiaje requerido el cual es necesario para la proteccioacuten de los

equipos de comunicaciones y asiacute poder cumplir los estaacutendares requeridos

13

CAPIacuteTULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

11 DESCRIPCIOacuteN DE LA REALIDAD PROBLEMAacuteTICA

La Estacioacuten Base Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA ahora

llamada ldquoEBTrdquo de la empresa ldquoCLARO SACrdquo ubicado en la provincia de

Chepen ndash La Libertad presentaba una situacioacuten muy particular no teniacutea un

sistema de puesta a tierra ya que por problemas de cambio de

CONTRATISTA no se ejecutoacute por lo que se requirioacute el disentildeo y ejecucioacuten del

SPAT ya que se teniacutea la necesidad de poner en operacioacuten lo maacutes pronto

posible la transmisioacuten de comunicacioacuten por celular por lo que se estaba

incumpliendo con los tiempos y plazos establecidos

De esta forma se exponiacutean los equipos de comunicaciones haciendo maacutes

grave esta situacioacuten el hecho de que estos equipos son muy sensibles a

pequentildeas descargas eleacutectricas o a pequentildeas oscilaciones de energiacutea

eleacutectrica en su alimentacioacuten

Tambieacuten cabe sentildealar que otro problema muy importante fue la reduccioacuten

del ohmiaje ya que para el procedimiento se visualizoacute que el terreno era

altamente resistivo

14

12 JUSTIFICACIOacuteN DEL PROYECTO

El proyecto se justifica en que al disentildear e implementar un sistema de puesta

a tierra en la EBT se reduciraacute los riesgos de variaciones de potencial que se

presentaban entre la masa y la tierra garantizando la proteccioacuten de los

equipos de comunicaciones y mejorando la disponibilidad del enlace de

comunicacioacuten evitando paradas inesperadas del mismo y eliminando

cualquier posibilidad de penalidad o sancioacuten por parte del ente regulador de

las telecomunicaciones

Y es que el disentildeo propuesto plantea cumplir con los estaacutendares requeridos

para la EBT de comunicaciones hasta un valor oacuteptimo capaz de garantizar

la proteccioacuten y seguridad de los equipos de comunicacioacuten con un valor

maacuteximo de 5 Ω

13 DELIMITACIOacuteN DEL PROYECTO

131 TEOacuteRICA

El trabajo de suficiencia profesional desarrollado desde el punto de

vista teoacuterico abarca el diagnoacutestico de la resistividad del suelo donde

se ubica la estacioacuten base trasmisora de comunicaciones mediante el

meacutetodo de Wenner y para el caacutelculo de la resistencia del sistema de

puesta a tierra disentildeado se utiliza la foacutermula de Schwartz

15

132 ESPACIAL

El sistema de puesta a tierra se desarrolloacute para la estacioacuten base de

transmisioacuten de comunicaciones - ALKOSTA de la Empresa ldquoCLARO

SACrdquo ubicado en San Pedro 106 provincia de Chepen ndash La libertad

133 TEMPORAL

El proyecto de ingenieriacutea comprende el periodo del 4 de abril al 21 de

abril de 2017

14 FORMULACIOacuteN DEL PROBLEMA

141 PROBLEMA GENERAL

iquestCoacutemo poder disentildear un sistema de puesta a tierra como alternativa

para la proteccioacuten de equipos de la EBT de Comunicaciones-

ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La Libertad

142 PROBLEMAS ESPECIacuteFICOS

iquestCoacutemo disentildear el sistema de puesta a tierra para poder cumplir

con los estaacutendares establecidos en la EBT de Comunicaciones-

ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La Libertad

iquestCuaacutento seraacute el valor de la resistividad obtenido a partir del disentildeo

del sistema de puesta a tierra propuesto usando la Bentonita

Cemento Conductivo y Tierra de Chacra en la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la

provincia de Chepen-La Libertad

16

15 OBJETIVOS

151 OBJETIVO GENERAL

Disentildear un sistema de puesta a tierra como alternativa para la

proteccioacuten de equipos de la Estacioacuten Base Transmisora de

Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La

Libertad

152 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS

Disentildear el sistema de puesta a tierra con el fin de poder cumplir

con el estandarizado para la Estacioacuten Base Transmisora de

Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-

La Libertad

Calcular el valor de la resistividad a partir del disentildeo del sistema

de puesta a tierra propuesto con el uso de Bentonita Cemento

Conductivo y Tierra de chacra para la Estacioacuten Base Transmisora

de Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de

Chepen-La Libertad

17

CAPIacuteTULO II

MARCO TEOacuteRICO

21 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIOacuteN

Beltraacuten (2010) en su tesis titulada ldquoDiagnoacutestico de la red de puesta a tierra

de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA IIrdquo para 400230 Y 345 KVrdquo para

optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la Universidad del

Oriente de Barcelona concluye que ldquoEl valor teoacuterico de la resistencia de la

malla a tierra da un valor por debajo de 1Ω lo que indica un buen

funcionamiento de la malla de tierra garantizando asiacute la disipacioacuten de

algunas corrientes de fallas en la SE Ademaacutes los voltajes de toque y paso

en la periferia son menores en comparacioacuten con los valores tolerable

obtenidos tanto por el meacutetodo matemaacutetico como por el meacutetodo del programa

digital ETAPrdquo1

Duche (2013) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de telecomunicaciones de

Movistarrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la

Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye que ldquoEl disentildeo y

caacutelculo de resistencia realizado para la Estacioacuten presenta una resistencia de

puesta a tierra de 457Ω lo cual es bueno ya que las normas dicen que estos

sistemas de telecomunicaciones deben tener valores por debajo de los 5Ω

1BELTRAN Y (2014)Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA II

(Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente Barcelona Espantildea

18

cumpliendo asiacute los requerimientos para sistemas de telecomunicaciones El

valor medido de la resistividad del terreno se ve afectado por las condiciones

del terreno del medio ambiente o temperatura y principalmente de la

estacionalidad del antildeordquo2

Fierro (2015) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica

Salesiana ndash Sede Guayaquilrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea

Eleacutectrica en la Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye

que ldquoAl efectuar las mediciones de resistividad se pudo observar tambieacuten

que mientras se aumentoacute la distancia entre cada pica de medicioacuten disminuyo

la resistividad del terreno esta accioacuten es inversamente proporcional El

disentildeo y el caacutelculo de la resistencia realizado para la Subestacioacuten Eleacutectrica

presenta una resistencia de puesta a tierra de 095Ω cumpliendo con la

norma seguacuten CEN Covenin 200rdquo3

De la Vega (2012) en su libro titulado ldquoProblemas de ingenieriacutea de puesta a

tierrardquo sentildeala que ldquoUna instalacioacuten de puesta a tierra es aquella instalacioacuten

eleacutectrica que tiene como misioacuten derivar corriente hacia la tierra o bien

establecer contacto con ella las corrientes involucradas pueden ser de

2DUCHE E (2013)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de

telecomunicaciones de Movistar (Tesis de Pre Grado)Universidad Politeacutecnica Salesiana Guayaquil

Ecuador

3FIERRO R (2015)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de

la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede Guayaquil (Tesis de Pre Grado)Disentildeo del sistema de puesta

a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede

Guayaquil Guayaquil Ecuador

19

naturaleza estacionaria casi estacionaria de alta frecuencia o

electromagneacutetica en forma de impulsos corrientes que pueden ser

originadas durante el funcionamiento de un sistema teacutecnico hecho por el

hombre o causado por un fenoacutemeno naturalrdquo4

Garciacutea (2013) en su libro titulado ldquoLa Puesta a tierra de instalaciones

eleacutectricas y el RATrdquo sentildeala que ldquoEl valor de la resistencia de puesta a

tierra y el reparto de potencial en el suelo cuando el sistema de puesta a

tierra esta recorrido por una intensidad de defecto tienen fundamentalmente

como factor proporcional determinante la resistencia especifica o resistividad

del terreno y del subsuelo en el que estaacute enterrada Es por esta razoacuten que la

concepcioacuten de una red de puesta a tierra requiere inicialmente el anaacutelisis

de la naturaleza del suelo sobre el que vaya a realizarserdquo5

Gonzaacutelez (2013) en su libro titulado ldquoInstalaciones de Distribucioacutenrdquo sentildeala

que ldquoPara llevar a cabo el meacutetodo de Wenner se necesitan 4 electrodos

puestos en liacutenea recta a la misma distancia unos de otros Entre los

electrodos exteriores se inyecta una corriente alterna y entre los electrodos

interiores se mide la diferencia de potenciardquo6

4DE LA VEGA M (2012)Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico LIMUSA

5GARCIacuteA R (2013)La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT Barcelona Espantildea

MARCOMBO

6GONZAacuteLESZJ (2013)Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea EDITEX

20

22 BASES TEOacuteRICAS

221 SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

La mayoriacutea de las contingencias eleacutectricas se deben a errores de

alambrado y de eacutestos la mayoriacutea estaacuten relacionados con los sistemas de

puesta a tierra Hablar de este tema suena muy abstracto para quien no

estaacute relacionado con en el mismo La puesta a tierra es una conexioacuten de

seguridad humana y patrimonial que se disentildea en los equipos eleacutectricos

electroacutenicos y otros sistemas para protegerlos de disturbios o transitorios

por los cuales pudieran resultar dantildeados Recordemos que una falla es

una fuga de corriente que busca un medio de conduccioacuten para

drenar a tierra este medio podriacutea ser una persona y el riesgo es

mayor si esta se encuentra en lugares huacutemedos por lo que un

sistema de puesta a tierra es vital para la proteccioacuten contra este

fenoacutemeno

Los procedimientos de disentildeo de un sistema de puesta a tierra se

basan en conceptos tradicionales pero su aplicacioacuten puede ser muy

compleja es decir el proyecto se puede ver como ciencia pero la

aplicacioacuten correcta es un arte ya que cada instalacioacuten es uacutenica en

su localizacioacuten tipo de suelo y equipos a proteger Por lo tanto

realizar un sistema de puesta a tierra requiere de un cuidado

especial y su realizacioacuten debe hacerse por personas calificadas

21

Cuando se propone realizar la instalacioacuten de puesta a tierra de

inmediato pensamos en una varilla o una malla de metal conductora

enterrada en nuestras instalaciones y que tiene el fin de confinar y

dispersar en el terreno subyacente descargas fortuitas asumiendo

su ldquoeliminacioacutenrdquo sin embargo esto es incorrecto ya que se ha

demostrado que en estos puntos existen diferencias de potencial

valores que un determinado momento se podriacutea comparar con el

potencial necesario con el que trabajan los aparatos

electrodomeacutesticos Se ha comprobado que en la mayoriacutea de las

fallas de los sistemas en baja tensioacuten sobre todo en donde estaacuten

sistemas de coacutemputo que las fallas se deben a una mala conexioacuten

del conductor de puesta a tierra

Por otro lado se sabe que el globo terraacutequeo es considerado con

potencial cero no obstante el material que la compone puede tener

una resistividad eleacutectrica muy alta asiacute que para obtener un valor

adecuado se debe hacer un estudio que nos indique que el valor

seleccionado estaacute dentro de lo permitido

La resistividad es la caracteriacutestica del terreno de oponer resistencia

al paso de la corriente eleacutectrica en un metro cuacutebico Este teacutermino se

refiere al valor que existe entre el electrodo de la toma de tierra que

se desea considerar y otro electrodo lejano de resistencia cero este

valor puede variar dentro de un rango muy amplio ya que depende

del tipo de material que tenga el suelo del contenido de humedad

variaciones estacionales etc

22

Por mencionar un ejemplo una conexioacuten soacutelida a tierra facilita de

manera importante la operacioacuten de los dispositivos de proteccioacuten

contra sobretensiones ya que estos equipos como pararrayos

apartarrayos hilo de guarda cuernos de arqueo etc necesitan de

una conexioacuten a tierra para su correcta ejecucioacuten

Un sistema de puesta a tierra es un conjunto de conductores

eleacutectricos (cables y electrodos) directamente enterrados en el suelo

y distribuidos a traveacutes de una instalacioacuten expresamente disentildeada

para soportar corrientes excepcionales en caso de corto circuito o

descarga atmosfeacuterica entre otras eventualidades A este sistema se

conectan todos y cada uno de los elementos de la instalacioacuten que

requieran ser puestos a tierra tales como los neutros tanques y

carcasas de los equipos los cables de guarda las estructuras

metaacutelicas y todas aquellas partes metaacutelicas que deben estar a

potencial de tierra logrando los siguientes objetivos

Proveer un medio seguro para proteger al personal

Proporcionar un circuito de muy baja impedancia para la

circulacioacuten de las corrientes a tierra

Proveer un medio para disipar las corrientes eleacutectricas

indeseables Facilitar la operacioacuten de los dispositivos de

proteccioacuten

Proveer un medio de descarga y desenergizacioacuten de equipos

antes de proceder a las tareas de mantenimiento

23

Dar mayor confiabilidad y seguridad al servicio eleacutectrico

Disipar la corriente asociada a las descargas atmosfeacutericas

limitando las sobretensiones generadas

Limitar la elevacioacuten de potencial de la red a valores aceptables

cuando ocurre una falla a tierra

Establecimiento y permanencia de un potencial de referencia

2211 CLASIFICACIOacuteN DE LOS SISTEMAS PUESTA A

TIERRA

Los sistemas de puesta a tierra se clasifican en dos

grandes grupos

a) De acuerdo a su naturaleza

Esta clasificacioacuten se refiere a la naturaleza dicotoacutemica

de los sistemas de puesta a tierra y se divide en dos

secciones

Instalacioacuten artificial de puesta a tierra

Son aquellas que se construyen especiacuteficamente

para tal fin utilizando las diversas clases de

electrodos

Instalacioacuten natural de puesta a tierra

Son en realidad elementos de otros sistemas

teacutecnicos (liacuteneas de tuberiacuteas metaacutelicas o cimientos de

estructuras metaacutelicas) que se encuentren dentro del

aacutembito de la instalacioacuten que se desea proteger yo

en su proximidad

24

b) De acuerdo a su aplicacioacuten

Se refiere en otras palabras a las que distingue las

instalaciones de puesta a tierra de acuerdo a su

funcionalidad y constan de tres secciones importantes

Sistemas de puesta a tierra de proteccioacuten

Tienen la misioacuten de limitar el valor de la tensioacuten

contra tierra de aqueacutellas partes del sistema eleacutectrico

que no deben ser mantenidas ni en tensioacuten ni

aisladas y con las cuales puede tener contacto el

personal

Es indispensable para asegurar que durante el

traspaso de corriente a tierra no dantildeen a los seres

vivos que estuviesen dentro del sistema de tierra o

en su proximidad en esos momentos

Sistemas de puesta a tierra de funcionamiento

Se aplica para satisfacer ciertas condiciones del

servicio del sistema teacutecnico en cuestioacuten es decir

sirven para poner a tierra por necesidad de

funcionamiento a determinados puntos del circuito

eleacutectrico tales como neutro de generadores y

transformadores aparatos para la conexioacuten de la

tensioacuten contra tierra apartarrayos etc

25

Sistemas de puesta a tierra de trabajo

Estos sistemas son realizados con caraacutecter

provisional efectuados para poner a tierra parte de

la instalacioacuten eleacutectrica normalmente en tensioacuten a

los cuales se debe llegar para efectuar un trabajo o

reparacioacuten tales como cuchillas de seccionadores

etc

Existen diferentes dispositivos o partes del sistema con

un fin determinado pero cada uno tiene diferente

propoacutesito no es lo mismo la puesta a tierra contra

descargas atmosfeacutericas que la puesta a tierra para

cargas electrostaacuteticas

Por tal motivo es necesario hacer una clasificacioacuten

secundaria de los sistemas de puesta a tierra de

acuerdo a su propoacutesito esto es

Puesta a tierra de los sistemas eleacutectricos

Esta clasificacioacuten tiene el propoacutesito de limitar

cualquier voltaje elevado que pueda resultar de

descargas atmosfeacutericas fenoacutemenos de induccioacuten o

de contactos no intencionales con cables de voltajes

maacutes altos

26

Se logra uniendo mediante un conductor apropiado

a la corriente de falla a tierra total del sistema una

parte del sistema eleacutectrico al planeta tierra

a) Puesta a tierra en sentildeales electroacutenicas

Su propoacutesito es evitar la contaminacioacuten de sentildeales

con frecuencias diferentes a las deseadas

La puesta a tierra se logra mediante blindajes de

todo tipo conectados a una referencia cero que

puede ser el planeta tierra Tambieacuten tiene el

propoacutesito de evitar la destruccioacuten de los elementos

semiconductores por un incremento en el voltaje Se

colocan dispositivos de proteccioacuten conectados entre

los conductores activos y la referencia cero

b) Puesta a tierra de proteccioacuten atmosfeacuterica

Sirve para canalizar la energiacutea de las descargas

atmosfeacutericas a tierra sin mayores dantildeos a personas

y propiedades Esta proteccioacuten se logra con una

malla metaacutelica igualadora de potencial conectada al

planeta tierra que cubre los equipos o edificios a

proteger

27

c) Puesta a tierra de proteccioacuten electrostaacutetica

La finalidad de esta proteccioacuten es neutralizar las

cargas electrostaacuteticas producidas en los materiales

dieleacutectricos Se logra uniendo todas las partes

metaacutelicas y dieleacutectricas utilizando el planeta tierra

como referencia de voltaje cero

En la figura siguiente se observa un sistema de

puesta a tierra simple formado por un electrodo un

conductor eleacutectrico y su respectivo conector

FIGURA Ndeg 01 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SIMPLE

2212 ANILLO - PUESTA A TIERRA

Se la define como el ldquoconjunto de conductores eleacutectricos

conectados en forma horizontal o vertical uniformemente

espaciados incluyendo electrodos de puesta a tierra

enterrados en forma vertical que se ubican en el interior

del suelordquo

28

El anillo de puesta a tierra en subestaciones eleacutectricas

tiene una gran aacuterea de instalacioacuten ubicaacutendose en el suelo

del patio de maniobras y es recubierta con ripio (piedra en

pequentildeos pedazos)

Los conductores estaacuten soldados comuacutenmente con suelda

exoteacutermica e instalada a una profundidad no mayor de 70

cm

a) Caracteriacutesticas baacutesicas de un Anillo de puesta a

tierra

Las puestas a tierra deben estar constituidas por

materiales y elementos que permitan un correcto

funcionamiento a lo largo de su expectativa de vida uacutetil

a un costo razonable

Las caracteriacutesticas baacutesicas son

Baja resistencia y una distribucioacuten de voltaje de

superficie razonable

Buena capacidad conductora

Larga durabilidad

Los componentes baacutesicos de un Anillo de puesta a

tierra son

29

Conductor de puesta a tierra

El propoacutesito principal es conducir la energiacutea eleacutectrica

de falla de la subestacioacuten hacia tierra los materiales

usuales de construccioacuten son de aluminio o cobre

El aluminio por sus caracteriacutesticas tiene una menor

conductividad eleacutectrica produciendo mayores

peacuterdidas pero tiene un costo relativamente bajo El

cobre es un mejor conductor que el aluminio sin

embargo el costo es mucho mayor

Varilla o jabalina de puesta a tierra

Generalmente se las denomina como jabalinas

varillas o electrodo vertical de puesta a tierra

usualmente en las instalaciones de puesta a tierra

se las coloca en forma verticalperpendicular a la

superficie soldados con el conductor horizontal de

puesta a tierra en los veacutertices dependiendo de la

configuracioacuten de la Anillo

b) Configuracioacuten del Anillo de puesta a tierra

En la implementacioacuten de la malla de tierra se toma en

consideracioacuten el espacio fiacutesico disponible y los

requerimientos eleacutectricos

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

13

CAPIacuteTULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

11 DESCRIPCIOacuteN DE LA REALIDAD PROBLEMAacuteTICA

La Estacioacuten Base Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA ahora

llamada ldquoEBTrdquo de la empresa ldquoCLARO SACrdquo ubicado en la provincia de

Chepen ndash La Libertad presentaba una situacioacuten muy particular no teniacutea un

sistema de puesta a tierra ya que por problemas de cambio de

CONTRATISTA no se ejecutoacute por lo que se requirioacute el disentildeo y ejecucioacuten del

SPAT ya que se teniacutea la necesidad de poner en operacioacuten lo maacutes pronto

posible la transmisioacuten de comunicacioacuten por celular por lo que se estaba

incumpliendo con los tiempos y plazos establecidos

De esta forma se exponiacutean los equipos de comunicaciones haciendo maacutes

grave esta situacioacuten el hecho de que estos equipos son muy sensibles a

pequentildeas descargas eleacutectricas o a pequentildeas oscilaciones de energiacutea

eleacutectrica en su alimentacioacuten

Tambieacuten cabe sentildealar que otro problema muy importante fue la reduccioacuten

del ohmiaje ya que para el procedimiento se visualizoacute que el terreno era

altamente resistivo

14

12 JUSTIFICACIOacuteN DEL PROYECTO

El proyecto se justifica en que al disentildear e implementar un sistema de puesta

a tierra en la EBT se reduciraacute los riesgos de variaciones de potencial que se

presentaban entre la masa y la tierra garantizando la proteccioacuten de los

equipos de comunicaciones y mejorando la disponibilidad del enlace de

comunicacioacuten evitando paradas inesperadas del mismo y eliminando

cualquier posibilidad de penalidad o sancioacuten por parte del ente regulador de

las telecomunicaciones

Y es que el disentildeo propuesto plantea cumplir con los estaacutendares requeridos

para la EBT de comunicaciones hasta un valor oacuteptimo capaz de garantizar

la proteccioacuten y seguridad de los equipos de comunicacioacuten con un valor

maacuteximo de 5 Ω

13 DELIMITACIOacuteN DEL PROYECTO

131 TEOacuteRICA

El trabajo de suficiencia profesional desarrollado desde el punto de

vista teoacuterico abarca el diagnoacutestico de la resistividad del suelo donde

se ubica la estacioacuten base trasmisora de comunicaciones mediante el

meacutetodo de Wenner y para el caacutelculo de la resistencia del sistema de

puesta a tierra disentildeado se utiliza la foacutermula de Schwartz

15

132 ESPACIAL

El sistema de puesta a tierra se desarrolloacute para la estacioacuten base de

transmisioacuten de comunicaciones - ALKOSTA de la Empresa ldquoCLARO

SACrdquo ubicado en San Pedro 106 provincia de Chepen ndash La libertad

133 TEMPORAL

El proyecto de ingenieriacutea comprende el periodo del 4 de abril al 21 de

abril de 2017

14 FORMULACIOacuteN DEL PROBLEMA

141 PROBLEMA GENERAL

iquestCoacutemo poder disentildear un sistema de puesta a tierra como alternativa

para la proteccioacuten de equipos de la EBT de Comunicaciones-

ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La Libertad

142 PROBLEMAS ESPECIacuteFICOS

iquestCoacutemo disentildear el sistema de puesta a tierra para poder cumplir

con los estaacutendares establecidos en la EBT de Comunicaciones-

ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La Libertad

iquestCuaacutento seraacute el valor de la resistividad obtenido a partir del disentildeo

del sistema de puesta a tierra propuesto usando la Bentonita

Cemento Conductivo y Tierra de Chacra en la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la

provincia de Chepen-La Libertad

16

15 OBJETIVOS

151 OBJETIVO GENERAL

Disentildear un sistema de puesta a tierra como alternativa para la

proteccioacuten de equipos de la Estacioacuten Base Transmisora de

Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La

Libertad

152 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS

Disentildear el sistema de puesta a tierra con el fin de poder cumplir

con el estandarizado para la Estacioacuten Base Transmisora de

Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-

La Libertad

Calcular el valor de la resistividad a partir del disentildeo del sistema

de puesta a tierra propuesto con el uso de Bentonita Cemento

Conductivo y Tierra de chacra para la Estacioacuten Base Transmisora

de Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de

Chepen-La Libertad

17

CAPIacuteTULO II

MARCO TEOacuteRICO

21 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIOacuteN

Beltraacuten (2010) en su tesis titulada ldquoDiagnoacutestico de la red de puesta a tierra

de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA IIrdquo para 400230 Y 345 KVrdquo para

optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la Universidad del

Oriente de Barcelona concluye que ldquoEl valor teoacuterico de la resistencia de la

malla a tierra da un valor por debajo de 1Ω lo que indica un buen

funcionamiento de la malla de tierra garantizando asiacute la disipacioacuten de

algunas corrientes de fallas en la SE Ademaacutes los voltajes de toque y paso

en la periferia son menores en comparacioacuten con los valores tolerable

obtenidos tanto por el meacutetodo matemaacutetico como por el meacutetodo del programa

digital ETAPrdquo1

Duche (2013) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de telecomunicaciones de

Movistarrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la

Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye que ldquoEl disentildeo y

caacutelculo de resistencia realizado para la Estacioacuten presenta una resistencia de

puesta a tierra de 457Ω lo cual es bueno ya que las normas dicen que estos

sistemas de telecomunicaciones deben tener valores por debajo de los 5Ω

1BELTRAN Y (2014)Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA II

(Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente Barcelona Espantildea

18

cumpliendo asiacute los requerimientos para sistemas de telecomunicaciones El

valor medido de la resistividad del terreno se ve afectado por las condiciones

del terreno del medio ambiente o temperatura y principalmente de la

estacionalidad del antildeordquo2

Fierro (2015) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica

Salesiana ndash Sede Guayaquilrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea

Eleacutectrica en la Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye

que ldquoAl efectuar las mediciones de resistividad se pudo observar tambieacuten

que mientras se aumentoacute la distancia entre cada pica de medicioacuten disminuyo

la resistividad del terreno esta accioacuten es inversamente proporcional El

disentildeo y el caacutelculo de la resistencia realizado para la Subestacioacuten Eleacutectrica

presenta una resistencia de puesta a tierra de 095Ω cumpliendo con la

norma seguacuten CEN Covenin 200rdquo3

De la Vega (2012) en su libro titulado ldquoProblemas de ingenieriacutea de puesta a

tierrardquo sentildeala que ldquoUna instalacioacuten de puesta a tierra es aquella instalacioacuten

eleacutectrica que tiene como misioacuten derivar corriente hacia la tierra o bien

establecer contacto con ella las corrientes involucradas pueden ser de

2DUCHE E (2013)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de

telecomunicaciones de Movistar (Tesis de Pre Grado)Universidad Politeacutecnica Salesiana Guayaquil

Ecuador

3FIERRO R (2015)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de

la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede Guayaquil (Tesis de Pre Grado)Disentildeo del sistema de puesta

a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede

Guayaquil Guayaquil Ecuador

19

naturaleza estacionaria casi estacionaria de alta frecuencia o

electromagneacutetica en forma de impulsos corrientes que pueden ser

originadas durante el funcionamiento de un sistema teacutecnico hecho por el

hombre o causado por un fenoacutemeno naturalrdquo4

Garciacutea (2013) en su libro titulado ldquoLa Puesta a tierra de instalaciones

eleacutectricas y el RATrdquo sentildeala que ldquoEl valor de la resistencia de puesta a

tierra y el reparto de potencial en el suelo cuando el sistema de puesta a

tierra esta recorrido por una intensidad de defecto tienen fundamentalmente

como factor proporcional determinante la resistencia especifica o resistividad

del terreno y del subsuelo en el que estaacute enterrada Es por esta razoacuten que la

concepcioacuten de una red de puesta a tierra requiere inicialmente el anaacutelisis

de la naturaleza del suelo sobre el que vaya a realizarserdquo5

Gonzaacutelez (2013) en su libro titulado ldquoInstalaciones de Distribucioacutenrdquo sentildeala

que ldquoPara llevar a cabo el meacutetodo de Wenner se necesitan 4 electrodos

puestos en liacutenea recta a la misma distancia unos de otros Entre los

electrodos exteriores se inyecta una corriente alterna y entre los electrodos

interiores se mide la diferencia de potenciardquo6

4DE LA VEGA M (2012)Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico LIMUSA

5GARCIacuteA R (2013)La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT Barcelona Espantildea

MARCOMBO

6GONZAacuteLESZJ (2013)Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea EDITEX

20

22 BASES TEOacuteRICAS

221 SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

La mayoriacutea de las contingencias eleacutectricas se deben a errores de

alambrado y de eacutestos la mayoriacutea estaacuten relacionados con los sistemas de

puesta a tierra Hablar de este tema suena muy abstracto para quien no

estaacute relacionado con en el mismo La puesta a tierra es una conexioacuten de

seguridad humana y patrimonial que se disentildea en los equipos eleacutectricos

electroacutenicos y otros sistemas para protegerlos de disturbios o transitorios

por los cuales pudieran resultar dantildeados Recordemos que una falla es

una fuga de corriente que busca un medio de conduccioacuten para

drenar a tierra este medio podriacutea ser una persona y el riesgo es

mayor si esta se encuentra en lugares huacutemedos por lo que un

sistema de puesta a tierra es vital para la proteccioacuten contra este

fenoacutemeno

Los procedimientos de disentildeo de un sistema de puesta a tierra se

basan en conceptos tradicionales pero su aplicacioacuten puede ser muy

compleja es decir el proyecto se puede ver como ciencia pero la

aplicacioacuten correcta es un arte ya que cada instalacioacuten es uacutenica en

su localizacioacuten tipo de suelo y equipos a proteger Por lo tanto

realizar un sistema de puesta a tierra requiere de un cuidado

especial y su realizacioacuten debe hacerse por personas calificadas

21

Cuando se propone realizar la instalacioacuten de puesta a tierra de

inmediato pensamos en una varilla o una malla de metal conductora

enterrada en nuestras instalaciones y que tiene el fin de confinar y

dispersar en el terreno subyacente descargas fortuitas asumiendo

su ldquoeliminacioacutenrdquo sin embargo esto es incorrecto ya que se ha

demostrado que en estos puntos existen diferencias de potencial

valores que un determinado momento se podriacutea comparar con el

potencial necesario con el que trabajan los aparatos

electrodomeacutesticos Se ha comprobado que en la mayoriacutea de las

fallas de los sistemas en baja tensioacuten sobre todo en donde estaacuten

sistemas de coacutemputo que las fallas se deben a una mala conexioacuten

del conductor de puesta a tierra

Por otro lado se sabe que el globo terraacutequeo es considerado con

potencial cero no obstante el material que la compone puede tener

una resistividad eleacutectrica muy alta asiacute que para obtener un valor

adecuado se debe hacer un estudio que nos indique que el valor

seleccionado estaacute dentro de lo permitido

La resistividad es la caracteriacutestica del terreno de oponer resistencia

al paso de la corriente eleacutectrica en un metro cuacutebico Este teacutermino se

refiere al valor que existe entre el electrodo de la toma de tierra que

se desea considerar y otro electrodo lejano de resistencia cero este

valor puede variar dentro de un rango muy amplio ya que depende

del tipo de material que tenga el suelo del contenido de humedad

variaciones estacionales etc

22

Por mencionar un ejemplo una conexioacuten soacutelida a tierra facilita de

manera importante la operacioacuten de los dispositivos de proteccioacuten

contra sobretensiones ya que estos equipos como pararrayos

apartarrayos hilo de guarda cuernos de arqueo etc necesitan de

una conexioacuten a tierra para su correcta ejecucioacuten

Un sistema de puesta a tierra es un conjunto de conductores

eleacutectricos (cables y electrodos) directamente enterrados en el suelo

y distribuidos a traveacutes de una instalacioacuten expresamente disentildeada

para soportar corrientes excepcionales en caso de corto circuito o

descarga atmosfeacuterica entre otras eventualidades A este sistema se

conectan todos y cada uno de los elementos de la instalacioacuten que

requieran ser puestos a tierra tales como los neutros tanques y

carcasas de los equipos los cables de guarda las estructuras

metaacutelicas y todas aquellas partes metaacutelicas que deben estar a

potencial de tierra logrando los siguientes objetivos

Proveer un medio seguro para proteger al personal

Proporcionar un circuito de muy baja impedancia para la

circulacioacuten de las corrientes a tierra

Proveer un medio para disipar las corrientes eleacutectricas

indeseables Facilitar la operacioacuten de los dispositivos de

proteccioacuten

Proveer un medio de descarga y desenergizacioacuten de equipos

antes de proceder a las tareas de mantenimiento

23

Dar mayor confiabilidad y seguridad al servicio eleacutectrico

Disipar la corriente asociada a las descargas atmosfeacutericas

limitando las sobretensiones generadas

Limitar la elevacioacuten de potencial de la red a valores aceptables

cuando ocurre una falla a tierra

Establecimiento y permanencia de un potencial de referencia

2211 CLASIFICACIOacuteN DE LOS SISTEMAS PUESTA A

TIERRA

Los sistemas de puesta a tierra se clasifican en dos

grandes grupos

a) De acuerdo a su naturaleza

Esta clasificacioacuten se refiere a la naturaleza dicotoacutemica

de los sistemas de puesta a tierra y se divide en dos

secciones

Instalacioacuten artificial de puesta a tierra

Son aquellas que se construyen especiacuteficamente

para tal fin utilizando las diversas clases de

electrodos

Instalacioacuten natural de puesta a tierra

Son en realidad elementos de otros sistemas

teacutecnicos (liacuteneas de tuberiacuteas metaacutelicas o cimientos de

estructuras metaacutelicas) que se encuentren dentro del

aacutembito de la instalacioacuten que se desea proteger yo

en su proximidad

24

b) De acuerdo a su aplicacioacuten

Se refiere en otras palabras a las que distingue las

instalaciones de puesta a tierra de acuerdo a su

funcionalidad y constan de tres secciones importantes

Sistemas de puesta a tierra de proteccioacuten

Tienen la misioacuten de limitar el valor de la tensioacuten

contra tierra de aqueacutellas partes del sistema eleacutectrico

que no deben ser mantenidas ni en tensioacuten ni

aisladas y con las cuales puede tener contacto el

personal

Es indispensable para asegurar que durante el

traspaso de corriente a tierra no dantildeen a los seres

vivos que estuviesen dentro del sistema de tierra o

en su proximidad en esos momentos

Sistemas de puesta a tierra de funcionamiento

Se aplica para satisfacer ciertas condiciones del

servicio del sistema teacutecnico en cuestioacuten es decir

sirven para poner a tierra por necesidad de

funcionamiento a determinados puntos del circuito

eleacutectrico tales como neutro de generadores y

transformadores aparatos para la conexioacuten de la

tensioacuten contra tierra apartarrayos etc

25

Sistemas de puesta a tierra de trabajo

Estos sistemas son realizados con caraacutecter

provisional efectuados para poner a tierra parte de

la instalacioacuten eleacutectrica normalmente en tensioacuten a

los cuales se debe llegar para efectuar un trabajo o

reparacioacuten tales como cuchillas de seccionadores

etc

Existen diferentes dispositivos o partes del sistema con

un fin determinado pero cada uno tiene diferente

propoacutesito no es lo mismo la puesta a tierra contra

descargas atmosfeacutericas que la puesta a tierra para

cargas electrostaacuteticas

Por tal motivo es necesario hacer una clasificacioacuten

secundaria de los sistemas de puesta a tierra de

acuerdo a su propoacutesito esto es

Puesta a tierra de los sistemas eleacutectricos

Esta clasificacioacuten tiene el propoacutesito de limitar

cualquier voltaje elevado que pueda resultar de

descargas atmosfeacutericas fenoacutemenos de induccioacuten o

de contactos no intencionales con cables de voltajes

maacutes altos

26

Se logra uniendo mediante un conductor apropiado

a la corriente de falla a tierra total del sistema una

parte del sistema eleacutectrico al planeta tierra

a) Puesta a tierra en sentildeales electroacutenicas

Su propoacutesito es evitar la contaminacioacuten de sentildeales

con frecuencias diferentes a las deseadas

La puesta a tierra se logra mediante blindajes de

todo tipo conectados a una referencia cero que

puede ser el planeta tierra Tambieacuten tiene el

propoacutesito de evitar la destruccioacuten de los elementos

semiconductores por un incremento en el voltaje Se

colocan dispositivos de proteccioacuten conectados entre

los conductores activos y la referencia cero

b) Puesta a tierra de proteccioacuten atmosfeacuterica

Sirve para canalizar la energiacutea de las descargas

atmosfeacutericas a tierra sin mayores dantildeos a personas

y propiedades Esta proteccioacuten se logra con una

malla metaacutelica igualadora de potencial conectada al

planeta tierra que cubre los equipos o edificios a

proteger

27

c) Puesta a tierra de proteccioacuten electrostaacutetica

La finalidad de esta proteccioacuten es neutralizar las

cargas electrostaacuteticas producidas en los materiales

dieleacutectricos Se logra uniendo todas las partes

metaacutelicas y dieleacutectricas utilizando el planeta tierra

como referencia de voltaje cero

En la figura siguiente se observa un sistema de

puesta a tierra simple formado por un electrodo un

conductor eleacutectrico y su respectivo conector

FIGURA Ndeg 01 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SIMPLE

2212 ANILLO - PUESTA A TIERRA

Se la define como el ldquoconjunto de conductores eleacutectricos

conectados en forma horizontal o vertical uniformemente

espaciados incluyendo electrodos de puesta a tierra

enterrados en forma vertical que se ubican en el interior

del suelordquo

28

El anillo de puesta a tierra en subestaciones eleacutectricas

tiene una gran aacuterea de instalacioacuten ubicaacutendose en el suelo

del patio de maniobras y es recubierta con ripio (piedra en

pequentildeos pedazos)

Los conductores estaacuten soldados comuacutenmente con suelda

exoteacutermica e instalada a una profundidad no mayor de 70

cm

a) Caracteriacutesticas baacutesicas de un Anillo de puesta a

tierra

Las puestas a tierra deben estar constituidas por

materiales y elementos que permitan un correcto

funcionamiento a lo largo de su expectativa de vida uacutetil

a un costo razonable

Las caracteriacutesticas baacutesicas son

Baja resistencia y una distribucioacuten de voltaje de

superficie razonable

Buena capacidad conductora

Larga durabilidad

Los componentes baacutesicos de un Anillo de puesta a

tierra son

29

Conductor de puesta a tierra

El propoacutesito principal es conducir la energiacutea eleacutectrica

de falla de la subestacioacuten hacia tierra los materiales

usuales de construccioacuten son de aluminio o cobre

El aluminio por sus caracteriacutesticas tiene una menor

conductividad eleacutectrica produciendo mayores

peacuterdidas pero tiene un costo relativamente bajo El

cobre es un mejor conductor que el aluminio sin

embargo el costo es mucho mayor

Varilla o jabalina de puesta a tierra

Generalmente se las denomina como jabalinas

varillas o electrodo vertical de puesta a tierra

usualmente en las instalaciones de puesta a tierra

se las coloca en forma verticalperpendicular a la

superficie soldados con el conductor horizontal de

puesta a tierra en los veacutertices dependiendo de la

configuracioacuten de la Anillo

b) Configuracioacuten del Anillo de puesta a tierra

En la implementacioacuten de la malla de tierra se toma en

consideracioacuten el espacio fiacutesico disponible y los

requerimientos eleacutectricos

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

14

12 JUSTIFICACIOacuteN DEL PROYECTO

El proyecto se justifica en que al disentildear e implementar un sistema de puesta

a tierra en la EBT se reduciraacute los riesgos de variaciones de potencial que se

presentaban entre la masa y la tierra garantizando la proteccioacuten de los

equipos de comunicaciones y mejorando la disponibilidad del enlace de

comunicacioacuten evitando paradas inesperadas del mismo y eliminando

cualquier posibilidad de penalidad o sancioacuten por parte del ente regulador de

las telecomunicaciones

Y es que el disentildeo propuesto plantea cumplir con los estaacutendares requeridos

para la EBT de comunicaciones hasta un valor oacuteptimo capaz de garantizar

la proteccioacuten y seguridad de los equipos de comunicacioacuten con un valor

maacuteximo de 5 Ω

13 DELIMITACIOacuteN DEL PROYECTO

131 TEOacuteRICA

El trabajo de suficiencia profesional desarrollado desde el punto de

vista teoacuterico abarca el diagnoacutestico de la resistividad del suelo donde

se ubica la estacioacuten base trasmisora de comunicaciones mediante el

meacutetodo de Wenner y para el caacutelculo de la resistencia del sistema de

puesta a tierra disentildeado se utiliza la foacutermula de Schwartz

15

132 ESPACIAL

El sistema de puesta a tierra se desarrolloacute para la estacioacuten base de

transmisioacuten de comunicaciones - ALKOSTA de la Empresa ldquoCLARO

SACrdquo ubicado en San Pedro 106 provincia de Chepen ndash La libertad

133 TEMPORAL

El proyecto de ingenieriacutea comprende el periodo del 4 de abril al 21 de

abril de 2017

14 FORMULACIOacuteN DEL PROBLEMA

141 PROBLEMA GENERAL

iquestCoacutemo poder disentildear un sistema de puesta a tierra como alternativa

para la proteccioacuten de equipos de la EBT de Comunicaciones-

ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La Libertad

142 PROBLEMAS ESPECIacuteFICOS

iquestCoacutemo disentildear el sistema de puesta a tierra para poder cumplir

con los estaacutendares establecidos en la EBT de Comunicaciones-

ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La Libertad

iquestCuaacutento seraacute el valor de la resistividad obtenido a partir del disentildeo

del sistema de puesta a tierra propuesto usando la Bentonita

Cemento Conductivo y Tierra de Chacra en la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la

provincia de Chepen-La Libertad

16

15 OBJETIVOS

151 OBJETIVO GENERAL

Disentildear un sistema de puesta a tierra como alternativa para la

proteccioacuten de equipos de la Estacioacuten Base Transmisora de

Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La

Libertad

152 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS

Disentildear el sistema de puesta a tierra con el fin de poder cumplir

con el estandarizado para la Estacioacuten Base Transmisora de

Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-

La Libertad

Calcular el valor de la resistividad a partir del disentildeo del sistema

de puesta a tierra propuesto con el uso de Bentonita Cemento

Conductivo y Tierra de chacra para la Estacioacuten Base Transmisora

de Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de

Chepen-La Libertad

17

CAPIacuteTULO II

MARCO TEOacuteRICO

21 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIOacuteN

Beltraacuten (2010) en su tesis titulada ldquoDiagnoacutestico de la red de puesta a tierra

de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA IIrdquo para 400230 Y 345 KVrdquo para

optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la Universidad del

Oriente de Barcelona concluye que ldquoEl valor teoacuterico de la resistencia de la

malla a tierra da un valor por debajo de 1Ω lo que indica un buen

funcionamiento de la malla de tierra garantizando asiacute la disipacioacuten de

algunas corrientes de fallas en la SE Ademaacutes los voltajes de toque y paso

en la periferia son menores en comparacioacuten con los valores tolerable

obtenidos tanto por el meacutetodo matemaacutetico como por el meacutetodo del programa

digital ETAPrdquo1

Duche (2013) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de telecomunicaciones de

Movistarrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la

Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye que ldquoEl disentildeo y

caacutelculo de resistencia realizado para la Estacioacuten presenta una resistencia de

puesta a tierra de 457Ω lo cual es bueno ya que las normas dicen que estos

sistemas de telecomunicaciones deben tener valores por debajo de los 5Ω

1BELTRAN Y (2014)Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA II

(Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente Barcelona Espantildea

18

cumpliendo asiacute los requerimientos para sistemas de telecomunicaciones El

valor medido de la resistividad del terreno se ve afectado por las condiciones

del terreno del medio ambiente o temperatura y principalmente de la

estacionalidad del antildeordquo2

Fierro (2015) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica

Salesiana ndash Sede Guayaquilrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea

Eleacutectrica en la Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye

que ldquoAl efectuar las mediciones de resistividad se pudo observar tambieacuten

que mientras se aumentoacute la distancia entre cada pica de medicioacuten disminuyo

la resistividad del terreno esta accioacuten es inversamente proporcional El

disentildeo y el caacutelculo de la resistencia realizado para la Subestacioacuten Eleacutectrica

presenta una resistencia de puesta a tierra de 095Ω cumpliendo con la

norma seguacuten CEN Covenin 200rdquo3

De la Vega (2012) en su libro titulado ldquoProblemas de ingenieriacutea de puesta a

tierrardquo sentildeala que ldquoUna instalacioacuten de puesta a tierra es aquella instalacioacuten

eleacutectrica que tiene como misioacuten derivar corriente hacia la tierra o bien

establecer contacto con ella las corrientes involucradas pueden ser de

2DUCHE E (2013)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de

telecomunicaciones de Movistar (Tesis de Pre Grado)Universidad Politeacutecnica Salesiana Guayaquil

Ecuador

3FIERRO R (2015)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de

la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede Guayaquil (Tesis de Pre Grado)Disentildeo del sistema de puesta

a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede

Guayaquil Guayaquil Ecuador

19

naturaleza estacionaria casi estacionaria de alta frecuencia o

electromagneacutetica en forma de impulsos corrientes que pueden ser

originadas durante el funcionamiento de un sistema teacutecnico hecho por el

hombre o causado por un fenoacutemeno naturalrdquo4

Garciacutea (2013) en su libro titulado ldquoLa Puesta a tierra de instalaciones

eleacutectricas y el RATrdquo sentildeala que ldquoEl valor de la resistencia de puesta a

tierra y el reparto de potencial en el suelo cuando el sistema de puesta a

tierra esta recorrido por una intensidad de defecto tienen fundamentalmente

como factor proporcional determinante la resistencia especifica o resistividad

del terreno y del subsuelo en el que estaacute enterrada Es por esta razoacuten que la

concepcioacuten de una red de puesta a tierra requiere inicialmente el anaacutelisis

de la naturaleza del suelo sobre el que vaya a realizarserdquo5

Gonzaacutelez (2013) en su libro titulado ldquoInstalaciones de Distribucioacutenrdquo sentildeala

que ldquoPara llevar a cabo el meacutetodo de Wenner se necesitan 4 electrodos

puestos en liacutenea recta a la misma distancia unos de otros Entre los

electrodos exteriores se inyecta una corriente alterna y entre los electrodos

interiores se mide la diferencia de potenciardquo6

4DE LA VEGA M (2012)Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico LIMUSA

5GARCIacuteA R (2013)La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT Barcelona Espantildea

MARCOMBO

6GONZAacuteLESZJ (2013)Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea EDITEX

20

22 BASES TEOacuteRICAS

221 SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

La mayoriacutea de las contingencias eleacutectricas se deben a errores de

alambrado y de eacutestos la mayoriacutea estaacuten relacionados con los sistemas de

puesta a tierra Hablar de este tema suena muy abstracto para quien no

estaacute relacionado con en el mismo La puesta a tierra es una conexioacuten de

seguridad humana y patrimonial que se disentildea en los equipos eleacutectricos

electroacutenicos y otros sistemas para protegerlos de disturbios o transitorios

por los cuales pudieran resultar dantildeados Recordemos que una falla es

una fuga de corriente que busca un medio de conduccioacuten para

drenar a tierra este medio podriacutea ser una persona y el riesgo es

mayor si esta se encuentra en lugares huacutemedos por lo que un

sistema de puesta a tierra es vital para la proteccioacuten contra este

fenoacutemeno

Los procedimientos de disentildeo de un sistema de puesta a tierra se

basan en conceptos tradicionales pero su aplicacioacuten puede ser muy

compleja es decir el proyecto se puede ver como ciencia pero la

aplicacioacuten correcta es un arte ya que cada instalacioacuten es uacutenica en

su localizacioacuten tipo de suelo y equipos a proteger Por lo tanto

realizar un sistema de puesta a tierra requiere de un cuidado

especial y su realizacioacuten debe hacerse por personas calificadas

21

Cuando se propone realizar la instalacioacuten de puesta a tierra de

inmediato pensamos en una varilla o una malla de metal conductora

enterrada en nuestras instalaciones y que tiene el fin de confinar y

dispersar en el terreno subyacente descargas fortuitas asumiendo

su ldquoeliminacioacutenrdquo sin embargo esto es incorrecto ya que se ha

demostrado que en estos puntos existen diferencias de potencial

valores que un determinado momento se podriacutea comparar con el

potencial necesario con el que trabajan los aparatos

electrodomeacutesticos Se ha comprobado que en la mayoriacutea de las

fallas de los sistemas en baja tensioacuten sobre todo en donde estaacuten

sistemas de coacutemputo que las fallas se deben a una mala conexioacuten

del conductor de puesta a tierra

Por otro lado se sabe que el globo terraacutequeo es considerado con

potencial cero no obstante el material que la compone puede tener

una resistividad eleacutectrica muy alta asiacute que para obtener un valor

adecuado se debe hacer un estudio que nos indique que el valor

seleccionado estaacute dentro de lo permitido

La resistividad es la caracteriacutestica del terreno de oponer resistencia

al paso de la corriente eleacutectrica en un metro cuacutebico Este teacutermino se

refiere al valor que existe entre el electrodo de la toma de tierra que

se desea considerar y otro electrodo lejano de resistencia cero este

valor puede variar dentro de un rango muy amplio ya que depende

del tipo de material que tenga el suelo del contenido de humedad

variaciones estacionales etc

22

Por mencionar un ejemplo una conexioacuten soacutelida a tierra facilita de

manera importante la operacioacuten de los dispositivos de proteccioacuten

contra sobretensiones ya que estos equipos como pararrayos

apartarrayos hilo de guarda cuernos de arqueo etc necesitan de

una conexioacuten a tierra para su correcta ejecucioacuten

Un sistema de puesta a tierra es un conjunto de conductores

eleacutectricos (cables y electrodos) directamente enterrados en el suelo

y distribuidos a traveacutes de una instalacioacuten expresamente disentildeada

para soportar corrientes excepcionales en caso de corto circuito o

descarga atmosfeacuterica entre otras eventualidades A este sistema se

conectan todos y cada uno de los elementos de la instalacioacuten que

requieran ser puestos a tierra tales como los neutros tanques y

carcasas de los equipos los cables de guarda las estructuras

metaacutelicas y todas aquellas partes metaacutelicas que deben estar a

potencial de tierra logrando los siguientes objetivos

Proveer un medio seguro para proteger al personal

Proporcionar un circuito de muy baja impedancia para la

circulacioacuten de las corrientes a tierra

Proveer un medio para disipar las corrientes eleacutectricas

indeseables Facilitar la operacioacuten de los dispositivos de

proteccioacuten

Proveer un medio de descarga y desenergizacioacuten de equipos

antes de proceder a las tareas de mantenimiento

23

Dar mayor confiabilidad y seguridad al servicio eleacutectrico

Disipar la corriente asociada a las descargas atmosfeacutericas

limitando las sobretensiones generadas

Limitar la elevacioacuten de potencial de la red a valores aceptables

cuando ocurre una falla a tierra

Establecimiento y permanencia de un potencial de referencia

2211 CLASIFICACIOacuteN DE LOS SISTEMAS PUESTA A

TIERRA

Los sistemas de puesta a tierra se clasifican en dos

grandes grupos

a) De acuerdo a su naturaleza

Esta clasificacioacuten se refiere a la naturaleza dicotoacutemica

de los sistemas de puesta a tierra y se divide en dos

secciones

Instalacioacuten artificial de puesta a tierra

Son aquellas que se construyen especiacuteficamente

para tal fin utilizando las diversas clases de

electrodos

Instalacioacuten natural de puesta a tierra

Son en realidad elementos de otros sistemas

teacutecnicos (liacuteneas de tuberiacuteas metaacutelicas o cimientos de

estructuras metaacutelicas) que se encuentren dentro del

aacutembito de la instalacioacuten que se desea proteger yo

en su proximidad

24

b) De acuerdo a su aplicacioacuten

Se refiere en otras palabras a las que distingue las

instalaciones de puesta a tierra de acuerdo a su

funcionalidad y constan de tres secciones importantes

Sistemas de puesta a tierra de proteccioacuten

Tienen la misioacuten de limitar el valor de la tensioacuten

contra tierra de aqueacutellas partes del sistema eleacutectrico

que no deben ser mantenidas ni en tensioacuten ni

aisladas y con las cuales puede tener contacto el

personal

Es indispensable para asegurar que durante el

traspaso de corriente a tierra no dantildeen a los seres

vivos que estuviesen dentro del sistema de tierra o

en su proximidad en esos momentos

Sistemas de puesta a tierra de funcionamiento

Se aplica para satisfacer ciertas condiciones del

servicio del sistema teacutecnico en cuestioacuten es decir

sirven para poner a tierra por necesidad de

funcionamiento a determinados puntos del circuito

eleacutectrico tales como neutro de generadores y

transformadores aparatos para la conexioacuten de la

tensioacuten contra tierra apartarrayos etc

25

Sistemas de puesta a tierra de trabajo

Estos sistemas son realizados con caraacutecter

provisional efectuados para poner a tierra parte de

la instalacioacuten eleacutectrica normalmente en tensioacuten a

los cuales se debe llegar para efectuar un trabajo o

reparacioacuten tales como cuchillas de seccionadores

etc

Existen diferentes dispositivos o partes del sistema con

un fin determinado pero cada uno tiene diferente

propoacutesito no es lo mismo la puesta a tierra contra

descargas atmosfeacutericas que la puesta a tierra para

cargas electrostaacuteticas

Por tal motivo es necesario hacer una clasificacioacuten

secundaria de los sistemas de puesta a tierra de

acuerdo a su propoacutesito esto es

Puesta a tierra de los sistemas eleacutectricos

Esta clasificacioacuten tiene el propoacutesito de limitar

cualquier voltaje elevado que pueda resultar de

descargas atmosfeacutericas fenoacutemenos de induccioacuten o

de contactos no intencionales con cables de voltajes

maacutes altos

26

Se logra uniendo mediante un conductor apropiado

a la corriente de falla a tierra total del sistema una

parte del sistema eleacutectrico al planeta tierra

a) Puesta a tierra en sentildeales electroacutenicas

Su propoacutesito es evitar la contaminacioacuten de sentildeales

con frecuencias diferentes a las deseadas

La puesta a tierra se logra mediante blindajes de

todo tipo conectados a una referencia cero que

puede ser el planeta tierra Tambieacuten tiene el

propoacutesito de evitar la destruccioacuten de los elementos

semiconductores por un incremento en el voltaje Se

colocan dispositivos de proteccioacuten conectados entre

los conductores activos y la referencia cero

b) Puesta a tierra de proteccioacuten atmosfeacuterica

Sirve para canalizar la energiacutea de las descargas

atmosfeacutericas a tierra sin mayores dantildeos a personas

y propiedades Esta proteccioacuten se logra con una

malla metaacutelica igualadora de potencial conectada al

planeta tierra que cubre los equipos o edificios a

proteger

27

c) Puesta a tierra de proteccioacuten electrostaacutetica

La finalidad de esta proteccioacuten es neutralizar las

cargas electrostaacuteticas producidas en los materiales

dieleacutectricos Se logra uniendo todas las partes

metaacutelicas y dieleacutectricas utilizando el planeta tierra

como referencia de voltaje cero

En la figura siguiente se observa un sistema de

puesta a tierra simple formado por un electrodo un

conductor eleacutectrico y su respectivo conector

FIGURA Ndeg 01 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SIMPLE

2212 ANILLO - PUESTA A TIERRA

Se la define como el ldquoconjunto de conductores eleacutectricos

conectados en forma horizontal o vertical uniformemente

espaciados incluyendo electrodos de puesta a tierra

enterrados en forma vertical que se ubican en el interior

del suelordquo

28

El anillo de puesta a tierra en subestaciones eleacutectricas

tiene una gran aacuterea de instalacioacuten ubicaacutendose en el suelo

del patio de maniobras y es recubierta con ripio (piedra en

pequentildeos pedazos)

Los conductores estaacuten soldados comuacutenmente con suelda

exoteacutermica e instalada a una profundidad no mayor de 70

cm

a) Caracteriacutesticas baacutesicas de un Anillo de puesta a

tierra

Las puestas a tierra deben estar constituidas por

materiales y elementos que permitan un correcto

funcionamiento a lo largo de su expectativa de vida uacutetil

a un costo razonable

Las caracteriacutesticas baacutesicas son

Baja resistencia y una distribucioacuten de voltaje de

superficie razonable

Buena capacidad conductora

Larga durabilidad

Los componentes baacutesicos de un Anillo de puesta a

tierra son

29

Conductor de puesta a tierra

El propoacutesito principal es conducir la energiacutea eleacutectrica

de falla de la subestacioacuten hacia tierra los materiales

usuales de construccioacuten son de aluminio o cobre

El aluminio por sus caracteriacutesticas tiene una menor

conductividad eleacutectrica produciendo mayores

peacuterdidas pero tiene un costo relativamente bajo El

cobre es un mejor conductor que el aluminio sin

embargo el costo es mucho mayor

Varilla o jabalina de puesta a tierra

Generalmente se las denomina como jabalinas

varillas o electrodo vertical de puesta a tierra

usualmente en las instalaciones de puesta a tierra

se las coloca en forma verticalperpendicular a la

superficie soldados con el conductor horizontal de

puesta a tierra en los veacutertices dependiendo de la

configuracioacuten de la Anillo

b) Configuracioacuten del Anillo de puesta a tierra

En la implementacioacuten de la malla de tierra se toma en

consideracioacuten el espacio fiacutesico disponible y los

requerimientos eleacutectricos

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

15

132 ESPACIAL

El sistema de puesta a tierra se desarrolloacute para la estacioacuten base de

transmisioacuten de comunicaciones - ALKOSTA de la Empresa ldquoCLARO

SACrdquo ubicado en San Pedro 106 provincia de Chepen ndash La libertad

133 TEMPORAL

El proyecto de ingenieriacutea comprende el periodo del 4 de abril al 21 de

abril de 2017

14 FORMULACIOacuteN DEL PROBLEMA

141 PROBLEMA GENERAL

iquestCoacutemo poder disentildear un sistema de puesta a tierra como alternativa

para la proteccioacuten de equipos de la EBT de Comunicaciones-

ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La Libertad

142 PROBLEMAS ESPECIacuteFICOS

iquestCoacutemo disentildear el sistema de puesta a tierra para poder cumplir

con los estaacutendares establecidos en la EBT de Comunicaciones-

ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La Libertad

iquestCuaacutento seraacute el valor de la resistividad obtenido a partir del disentildeo

del sistema de puesta a tierra propuesto usando la Bentonita

Cemento Conductivo y Tierra de Chacra en la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la

provincia de Chepen-La Libertad

16

15 OBJETIVOS

151 OBJETIVO GENERAL

Disentildear un sistema de puesta a tierra como alternativa para la

proteccioacuten de equipos de la Estacioacuten Base Transmisora de

Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La

Libertad

152 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS

Disentildear el sistema de puesta a tierra con el fin de poder cumplir

con el estandarizado para la Estacioacuten Base Transmisora de

Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-

La Libertad

Calcular el valor de la resistividad a partir del disentildeo del sistema

de puesta a tierra propuesto con el uso de Bentonita Cemento

Conductivo y Tierra de chacra para la Estacioacuten Base Transmisora

de Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de

Chepen-La Libertad

17

CAPIacuteTULO II

MARCO TEOacuteRICO

21 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIOacuteN

Beltraacuten (2010) en su tesis titulada ldquoDiagnoacutestico de la red de puesta a tierra

de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA IIrdquo para 400230 Y 345 KVrdquo para

optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la Universidad del

Oriente de Barcelona concluye que ldquoEl valor teoacuterico de la resistencia de la

malla a tierra da un valor por debajo de 1Ω lo que indica un buen

funcionamiento de la malla de tierra garantizando asiacute la disipacioacuten de

algunas corrientes de fallas en la SE Ademaacutes los voltajes de toque y paso

en la periferia son menores en comparacioacuten con los valores tolerable

obtenidos tanto por el meacutetodo matemaacutetico como por el meacutetodo del programa

digital ETAPrdquo1

Duche (2013) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de telecomunicaciones de

Movistarrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la

Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye que ldquoEl disentildeo y

caacutelculo de resistencia realizado para la Estacioacuten presenta una resistencia de

puesta a tierra de 457Ω lo cual es bueno ya que las normas dicen que estos

sistemas de telecomunicaciones deben tener valores por debajo de los 5Ω

1BELTRAN Y (2014)Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA II

(Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente Barcelona Espantildea

18

cumpliendo asiacute los requerimientos para sistemas de telecomunicaciones El

valor medido de la resistividad del terreno se ve afectado por las condiciones

del terreno del medio ambiente o temperatura y principalmente de la

estacionalidad del antildeordquo2

Fierro (2015) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica

Salesiana ndash Sede Guayaquilrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea

Eleacutectrica en la Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye

que ldquoAl efectuar las mediciones de resistividad se pudo observar tambieacuten

que mientras se aumentoacute la distancia entre cada pica de medicioacuten disminuyo

la resistividad del terreno esta accioacuten es inversamente proporcional El

disentildeo y el caacutelculo de la resistencia realizado para la Subestacioacuten Eleacutectrica

presenta una resistencia de puesta a tierra de 095Ω cumpliendo con la

norma seguacuten CEN Covenin 200rdquo3

De la Vega (2012) en su libro titulado ldquoProblemas de ingenieriacutea de puesta a

tierrardquo sentildeala que ldquoUna instalacioacuten de puesta a tierra es aquella instalacioacuten

eleacutectrica que tiene como misioacuten derivar corriente hacia la tierra o bien

establecer contacto con ella las corrientes involucradas pueden ser de

2DUCHE E (2013)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de

telecomunicaciones de Movistar (Tesis de Pre Grado)Universidad Politeacutecnica Salesiana Guayaquil

Ecuador

3FIERRO R (2015)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de

la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede Guayaquil (Tesis de Pre Grado)Disentildeo del sistema de puesta

a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede

Guayaquil Guayaquil Ecuador

19

naturaleza estacionaria casi estacionaria de alta frecuencia o

electromagneacutetica en forma de impulsos corrientes que pueden ser

originadas durante el funcionamiento de un sistema teacutecnico hecho por el

hombre o causado por un fenoacutemeno naturalrdquo4

Garciacutea (2013) en su libro titulado ldquoLa Puesta a tierra de instalaciones

eleacutectricas y el RATrdquo sentildeala que ldquoEl valor de la resistencia de puesta a

tierra y el reparto de potencial en el suelo cuando el sistema de puesta a

tierra esta recorrido por una intensidad de defecto tienen fundamentalmente

como factor proporcional determinante la resistencia especifica o resistividad

del terreno y del subsuelo en el que estaacute enterrada Es por esta razoacuten que la

concepcioacuten de una red de puesta a tierra requiere inicialmente el anaacutelisis

de la naturaleza del suelo sobre el que vaya a realizarserdquo5

Gonzaacutelez (2013) en su libro titulado ldquoInstalaciones de Distribucioacutenrdquo sentildeala

que ldquoPara llevar a cabo el meacutetodo de Wenner se necesitan 4 electrodos

puestos en liacutenea recta a la misma distancia unos de otros Entre los

electrodos exteriores se inyecta una corriente alterna y entre los electrodos

interiores se mide la diferencia de potenciardquo6

4DE LA VEGA M (2012)Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico LIMUSA

5GARCIacuteA R (2013)La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT Barcelona Espantildea

MARCOMBO

6GONZAacuteLESZJ (2013)Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea EDITEX

20

22 BASES TEOacuteRICAS

221 SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

La mayoriacutea de las contingencias eleacutectricas se deben a errores de

alambrado y de eacutestos la mayoriacutea estaacuten relacionados con los sistemas de

puesta a tierra Hablar de este tema suena muy abstracto para quien no

estaacute relacionado con en el mismo La puesta a tierra es una conexioacuten de

seguridad humana y patrimonial que se disentildea en los equipos eleacutectricos

electroacutenicos y otros sistemas para protegerlos de disturbios o transitorios

por los cuales pudieran resultar dantildeados Recordemos que una falla es

una fuga de corriente que busca un medio de conduccioacuten para

drenar a tierra este medio podriacutea ser una persona y el riesgo es

mayor si esta se encuentra en lugares huacutemedos por lo que un

sistema de puesta a tierra es vital para la proteccioacuten contra este

fenoacutemeno

Los procedimientos de disentildeo de un sistema de puesta a tierra se

basan en conceptos tradicionales pero su aplicacioacuten puede ser muy

compleja es decir el proyecto se puede ver como ciencia pero la

aplicacioacuten correcta es un arte ya que cada instalacioacuten es uacutenica en

su localizacioacuten tipo de suelo y equipos a proteger Por lo tanto

realizar un sistema de puesta a tierra requiere de un cuidado

especial y su realizacioacuten debe hacerse por personas calificadas

21

Cuando se propone realizar la instalacioacuten de puesta a tierra de

inmediato pensamos en una varilla o una malla de metal conductora

enterrada en nuestras instalaciones y que tiene el fin de confinar y

dispersar en el terreno subyacente descargas fortuitas asumiendo

su ldquoeliminacioacutenrdquo sin embargo esto es incorrecto ya que se ha

demostrado que en estos puntos existen diferencias de potencial

valores que un determinado momento se podriacutea comparar con el

potencial necesario con el que trabajan los aparatos

electrodomeacutesticos Se ha comprobado que en la mayoriacutea de las

fallas de los sistemas en baja tensioacuten sobre todo en donde estaacuten

sistemas de coacutemputo que las fallas se deben a una mala conexioacuten

del conductor de puesta a tierra

Por otro lado se sabe que el globo terraacutequeo es considerado con

potencial cero no obstante el material que la compone puede tener

una resistividad eleacutectrica muy alta asiacute que para obtener un valor

adecuado se debe hacer un estudio que nos indique que el valor

seleccionado estaacute dentro de lo permitido

La resistividad es la caracteriacutestica del terreno de oponer resistencia

al paso de la corriente eleacutectrica en un metro cuacutebico Este teacutermino se

refiere al valor que existe entre el electrodo de la toma de tierra que

se desea considerar y otro electrodo lejano de resistencia cero este

valor puede variar dentro de un rango muy amplio ya que depende

del tipo de material que tenga el suelo del contenido de humedad

variaciones estacionales etc

22

Por mencionar un ejemplo una conexioacuten soacutelida a tierra facilita de

manera importante la operacioacuten de los dispositivos de proteccioacuten

contra sobretensiones ya que estos equipos como pararrayos

apartarrayos hilo de guarda cuernos de arqueo etc necesitan de

una conexioacuten a tierra para su correcta ejecucioacuten

Un sistema de puesta a tierra es un conjunto de conductores

eleacutectricos (cables y electrodos) directamente enterrados en el suelo

y distribuidos a traveacutes de una instalacioacuten expresamente disentildeada

para soportar corrientes excepcionales en caso de corto circuito o

descarga atmosfeacuterica entre otras eventualidades A este sistema se

conectan todos y cada uno de los elementos de la instalacioacuten que

requieran ser puestos a tierra tales como los neutros tanques y

carcasas de los equipos los cables de guarda las estructuras

metaacutelicas y todas aquellas partes metaacutelicas que deben estar a

potencial de tierra logrando los siguientes objetivos

Proveer un medio seguro para proteger al personal

Proporcionar un circuito de muy baja impedancia para la

circulacioacuten de las corrientes a tierra

Proveer un medio para disipar las corrientes eleacutectricas

indeseables Facilitar la operacioacuten de los dispositivos de

proteccioacuten

Proveer un medio de descarga y desenergizacioacuten de equipos

antes de proceder a las tareas de mantenimiento

23

Dar mayor confiabilidad y seguridad al servicio eleacutectrico

Disipar la corriente asociada a las descargas atmosfeacutericas

limitando las sobretensiones generadas

Limitar la elevacioacuten de potencial de la red a valores aceptables

cuando ocurre una falla a tierra

Establecimiento y permanencia de un potencial de referencia

2211 CLASIFICACIOacuteN DE LOS SISTEMAS PUESTA A

TIERRA

Los sistemas de puesta a tierra se clasifican en dos

grandes grupos

a) De acuerdo a su naturaleza

Esta clasificacioacuten se refiere a la naturaleza dicotoacutemica

de los sistemas de puesta a tierra y se divide en dos

secciones

Instalacioacuten artificial de puesta a tierra

Son aquellas que se construyen especiacuteficamente

para tal fin utilizando las diversas clases de

electrodos

Instalacioacuten natural de puesta a tierra

Son en realidad elementos de otros sistemas

teacutecnicos (liacuteneas de tuberiacuteas metaacutelicas o cimientos de

estructuras metaacutelicas) que se encuentren dentro del

aacutembito de la instalacioacuten que se desea proteger yo

en su proximidad

24

b) De acuerdo a su aplicacioacuten

Se refiere en otras palabras a las que distingue las

instalaciones de puesta a tierra de acuerdo a su

funcionalidad y constan de tres secciones importantes

Sistemas de puesta a tierra de proteccioacuten

Tienen la misioacuten de limitar el valor de la tensioacuten

contra tierra de aqueacutellas partes del sistema eleacutectrico

que no deben ser mantenidas ni en tensioacuten ni

aisladas y con las cuales puede tener contacto el

personal

Es indispensable para asegurar que durante el

traspaso de corriente a tierra no dantildeen a los seres

vivos que estuviesen dentro del sistema de tierra o

en su proximidad en esos momentos

Sistemas de puesta a tierra de funcionamiento

Se aplica para satisfacer ciertas condiciones del

servicio del sistema teacutecnico en cuestioacuten es decir

sirven para poner a tierra por necesidad de

funcionamiento a determinados puntos del circuito

eleacutectrico tales como neutro de generadores y

transformadores aparatos para la conexioacuten de la

tensioacuten contra tierra apartarrayos etc

25

Sistemas de puesta a tierra de trabajo

Estos sistemas son realizados con caraacutecter

provisional efectuados para poner a tierra parte de

la instalacioacuten eleacutectrica normalmente en tensioacuten a

los cuales se debe llegar para efectuar un trabajo o

reparacioacuten tales como cuchillas de seccionadores

etc

Existen diferentes dispositivos o partes del sistema con

un fin determinado pero cada uno tiene diferente

propoacutesito no es lo mismo la puesta a tierra contra

descargas atmosfeacutericas que la puesta a tierra para

cargas electrostaacuteticas

Por tal motivo es necesario hacer una clasificacioacuten

secundaria de los sistemas de puesta a tierra de

acuerdo a su propoacutesito esto es

Puesta a tierra de los sistemas eleacutectricos

Esta clasificacioacuten tiene el propoacutesito de limitar

cualquier voltaje elevado que pueda resultar de

descargas atmosfeacutericas fenoacutemenos de induccioacuten o

de contactos no intencionales con cables de voltajes

maacutes altos

26

Se logra uniendo mediante un conductor apropiado

a la corriente de falla a tierra total del sistema una

parte del sistema eleacutectrico al planeta tierra

a) Puesta a tierra en sentildeales electroacutenicas

Su propoacutesito es evitar la contaminacioacuten de sentildeales

con frecuencias diferentes a las deseadas

La puesta a tierra se logra mediante blindajes de

todo tipo conectados a una referencia cero que

puede ser el planeta tierra Tambieacuten tiene el

propoacutesito de evitar la destruccioacuten de los elementos

semiconductores por un incremento en el voltaje Se

colocan dispositivos de proteccioacuten conectados entre

los conductores activos y la referencia cero

b) Puesta a tierra de proteccioacuten atmosfeacuterica

Sirve para canalizar la energiacutea de las descargas

atmosfeacutericas a tierra sin mayores dantildeos a personas

y propiedades Esta proteccioacuten se logra con una

malla metaacutelica igualadora de potencial conectada al

planeta tierra que cubre los equipos o edificios a

proteger

27

c) Puesta a tierra de proteccioacuten electrostaacutetica

La finalidad de esta proteccioacuten es neutralizar las

cargas electrostaacuteticas producidas en los materiales

dieleacutectricos Se logra uniendo todas las partes

metaacutelicas y dieleacutectricas utilizando el planeta tierra

como referencia de voltaje cero

En la figura siguiente se observa un sistema de

puesta a tierra simple formado por un electrodo un

conductor eleacutectrico y su respectivo conector

FIGURA Ndeg 01 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SIMPLE

2212 ANILLO - PUESTA A TIERRA

Se la define como el ldquoconjunto de conductores eleacutectricos

conectados en forma horizontal o vertical uniformemente

espaciados incluyendo electrodos de puesta a tierra

enterrados en forma vertical que se ubican en el interior

del suelordquo

28

El anillo de puesta a tierra en subestaciones eleacutectricas

tiene una gran aacuterea de instalacioacuten ubicaacutendose en el suelo

del patio de maniobras y es recubierta con ripio (piedra en

pequentildeos pedazos)

Los conductores estaacuten soldados comuacutenmente con suelda

exoteacutermica e instalada a una profundidad no mayor de 70

cm

a) Caracteriacutesticas baacutesicas de un Anillo de puesta a

tierra

Las puestas a tierra deben estar constituidas por

materiales y elementos que permitan un correcto

funcionamiento a lo largo de su expectativa de vida uacutetil

a un costo razonable

Las caracteriacutesticas baacutesicas son

Baja resistencia y una distribucioacuten de voltaje de

superficie razonable

Buena capacidad conductora

Larga durabilidad

Los componentes baacutesicos de un Anillo de puesta a

tierra son

29

Conductor de puesta a tierra

El propoacutesito principal es conducir la energiacutea eleacutectrica

de falla de la subestacioacuten hacia tierra los materiales

usuales de construccioacuten son de aluminio o cobre

El aluminio por sus caracteriacutesticas tiene una menor

conductividad eleacutectrica produciendo mayores

peacuterdidas pero tiene un costo relativamente bajo El

cobre es un mejor conductor que el aluminio sin

embargo el costo es mucho mayor

Varilla o jabalina de puesta a tierra

Generalmente se las denomina como jabalinas

varillas o electrodo vertical de puesta a tierra

usualmente en las instalaciones de puesta a tierra

se las coloca en forma verticalperpendicular a la

superficie soldados con el conductor horizontal de

puesta a tierra en los veacutertices dependiendo de la

configuracioacuten de la Anillo

b) Configuracioacuten del Anillo de puesta a tierra

En la implementacioacuten de la malla de tierra se toma en

consideracioacuten el espacio fiacutesico disponible y los

requerimientos eleacutectricos

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

16

15 OBJETIVOS

151 OBJETIVO GENERAL

Disentildear un sistema de puesta a tierra como alternativa para la

proteccioacuten de equipos de la Estacioacuten Base Transmisora de

Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-La

Libertad

152 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS

Disentildear el sistema de puesta a tierra con el fin de poder cumplir

con el estandarizado para la Estacioacuten Base Transmisora de

Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de Chepen-

La Libertad

Calcular el valor de la resistividad a partir del disentildeo del sistema

de puesta a tierra propuesto con el uso de Bentonita Cemento

Conductivo y Tierra de chacra para la Estacioacuten Base Transmisora

de Comunicaciones-ALKOSTA ubicado en la provincia de

Chepen-La Libertad

17

CAPIacuteTULO II

MARCO TEOacuteRICO

21 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIOacuteN

Beltraacuten (2010) en su tesis titulada ldquoDiagnoacutestico de la red de puesta a tierra

de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA IIrdquo para 400230 Y 345 KVrdquo para

optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la Universidad del

Oriente de Barcelona concluye que ldquoEl valor teoacuterico de la resistencia de la

malla a tierra da un valor por debajo de 1Ω lo que indica un buen

funcionamiento de la malla de tierra garantizando asiacute la disipacioacuten de

algunas corrientes de fallas en la SE Ademaacutes los voltajes de toque y paso

en la periferia son menores en comparacioacuten con los valores tolerable

obtenidos tanto por el meacutetodo matemaacutetico como por el meacutetodo del programa

digital ETAPrdquo1

Duche (2013) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de telecomunicaciones de

Movistarrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la

Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye que ldquoEl disentildeo y

caacutelculo de resistencia realizado para la Estacioacuten presenta una resistencia de

puesta a tierra de 457Ω lo cual es bueno ya que las normas dicen que estos

sistemas de telecomunicaciones deben tener valores por debajo de los 5Ω

1BELTRAN Y (2014)Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA II

(Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente Barcelona Espantildea

18

cumpliendo asiacute los requerimientos para sistemas de telecomunicaciones El

valor medido de la resistividad del terreno se ve afectado por las condiciones

del terreno del medio ambiente o temperatura y principalmente de la

estacionalidad del antildeordquo2

Fierro (2015) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica

Salesiana ndash Sede Guayaquilrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea

Eleacutectrica en la Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye

que ldquoAl efectuar las mediciones de resistividad se pudo observar tambieacuten

que mientras se aumentoacute la distancia entre cada pica de medicioacuten disminuyo

la resistividad del terreno esta accioacuten es inversamente proporcional El

disentildeo y el caacutelculo de la resistencia realizado para la Subestacioacuten Eleacutectrica

presenta una resistencia de puesta a tierra de 095Ω cumpliendo con la

norma seguacuten CEN Covenin 200rdquo3

De la Vega (2012) en su libro titulado ldquoProblemas de ingenieriacutea de puesta a

tierrardquo sentildeala que ldquoUna instalacioacuten de puesta a tierra es aquella instalacioacuten

eleacutectrica que tiene como misioacuten derivar corriente hacia la tierra o bien

establecer contacto con ella las corrientes involucradas pueden ser de

2DUCHE E (2013)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de

telecomunicaciones de Movistar (Tesis de Pre Grado)Universidad Politeacutecnica Salesiana Guayaquil

Ecuador

3FIERRO R (2015)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de

la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede Guayaquil (Tesis de Pre Grado)Disentildeo del sistema de puesta

a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede

Guayaquil Guayaquil Ecuador

19

naturaleza estacionaria casi estacionaria de alta frecuencia o

electromagneacutetica en forma de impulsos corrientes que pueden ser

originadas durante el funcionamiento de un sistema teacutecnico hecho por el

hombre o causado por un fenoacutemeno naturalrdquo4

Garciacutea (2013) en su libro titulado ldquoLa Puesta a tierra de instalaciones

eleacutectricas y el RATrdquo sentildeala que ldquoEl valor de la resistencia de puesta a

tierra y el reparto de potencial en el suelo cuando el sistema de puesta a

tierra esta recorrido por una intensidad de defecto tienen fundamentalmente

como factor proporcional determinante la resistencia especifica o resistividad

del terreno y del subsuelo en el que estaacute enterrada Es por esta razoacuten que la

concepcioacuten de una red de puesta a tierra requiere inicialmente el anaacutelisis

de la naturaleza del suelo sobre el que vaya a realizarserdquo5

Gonzaacutelez (2013) en su libro titulado ldquoInstalaciones de Distribucioacutenrdquo sentildeala

que ldquoPara llevar a cabo el meacutetodo de Wenner se necesitan 4 electrodos

puestos en liacutenea recta a la misma distancia unos de otros Entre los

electrodos exteriores se inyecta una corriente alterna y entre los electrodos

interiores se mide la diferencia de potenciardquo6

4DE LA VEGA M (2012)Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico LIMUSA

5GARCIacuteA R (2013)La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT Barcelona Espantildea

MARCOMBO

6GONZAacuteLESZJ (2013)Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea EDITEX

20

22 BASES TEOacuteRICAS

221 SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

La mayoriacutea de las contingencias eleacutectricas se deben a errores de

alambrado y de eacutestos la mayoriacutea estaacuten relacionados con los sistemas de

puesta a tierra Hablar de este tema suena muy abstracto para quien no

estaacute relacionado con en el mismo La puesta a tierra es una conexioacuten de

seguridad humana y patrimonial que se disentildea en los equipos eleacutectricos

electroacutenicos y otros sistemas para protegerlos de disturbios o transitorios

por los cuales pudieran resultar dantildeados Recordemos que una falla es

una fuga de corriente que busca un medio de conduccioacuten para

drenar a tierra este medio podriacutea ser una persona y el riesgo es

mayor si esta se encuentra en lugares huacutemedos por lo que un

sistema de puesta a tierra es vital para la proteccioacuten contra este

fenoacutemeno

Los procedimientos de disentildeo de un sistema de puesta a tierra se

basan en conceptos tradicionales pero su aplicacioacuten puede ser muy

compleja es decir el proyecto se puede ver como ciencia pero la

aplicacioacuten correcta es un arte ya que cada instalacioacuten es uacutenica en

su localizacioacuten tipo de suelo y equipos a proteger Por lo tanto

realizar un sistema de puesta a tierra requiere de un cuidado

especial y su realizacioacuten debe hacerse por personas calificadas

21

Cuando se propone realizar la instalacioacuten de puesta a tierra de

inmediato pensamos en una varilla o una malla de metal conductora

enterrada en nuestras instalaciones y que tiene el fin de confinar y

dispersar en el terreno subyacente descargas fortuitas asumiendo

su ldquoeliminacioacutenrdquo sin embargo esto es incorrecto ya que se ha

demostrado que en estos puntos existen diferencias de potencial

valores que un determinado momento se podriacutea comparar con el

potencial necesario con el que trabajan los aparatos

electrodomeacutesticos Se ha comprobado que en la mayoriacutea de las

fallas de los sistemas en baja tensioacuten sobre todo en donde estaacuten

sistemas de coacutemputo que las fallas se deben a una mala conexioacuten

del conductor de puesta a tierra

Por otro lado se sabe que el globo terraacutequeo es considerado con

potencial cero no obstante el material que la compone puede tener

una resistividad eleacutectrica muy alta asiacute que para obtener un valor

adecuado se debe hacer un estudio que nos indique que el valor

seleccionado estaacute dentro de lo permitido

La resistividad es la caracteriacutestica del terreno de oponer resistencia

al paso de la corriente eleacutectrica en un metro cuacutebico Este teacutermino se

refiere al valor que existe entre el electrodo de la toma de tierra que

se desea considerar y otro electrodo lejano de resistencia cero este

valor puede variar dentro de un rango muy amplio ya que depende

del tipo de material que tenga el suelo del contenido de humedad

variaciones estacionales etc

22

Por mencionar un ejemplo una conexioacuten soacutelida a tierra facilita de

manera importante la operacioacuten de los dispositivos de proteccioacuten

contra sobretensiones ya que estos equipos como pararrayos

apartarrayos hilo de guarda cuernos de arqueo etc necesitan de

una conexioacuten a tierra para su correcta ejecucioacuten

Un sistema de puesta a tierra es un conjunto de conductores

eleacutectricos (cables y electrodos) directamente enterrados en el suelo

y distribuidos a traveacutes de una instalacioacuten expresamente disentildeada

para soportar corrientes excepcionales en caso de corto circuito o

descarga atmosfeacuterica entre otras eventualidades A este sistema se

conectan todos y cada uno de los elementos de la instalacioacuten que

requieran ser puestos a tierra tales como los neutros tanques y

carcasas de los equipos los cables de guarda las estructuras

metaacutelicas y todas aquellas partes metaacutelicas que deben estar a

potencial de tierra logrando los siguientes objetivos

Proveer un medio seguro para proteger al personal

Proporcionar un circuito de muy baja impedancia para la

circulacioacuten de las corrientes a tierra

Proveer un medio para disipar las corrientes eleacutectricas

indeseables Facilitar la operacioacuten de los dispositivos de

proteccioacuten

Proveer un medio de descarga y desenergizacioacuten de equipos

antes de proceder a las tareas de mantenimiento

23

Dar mayor confiabilidad y seguridad al servicio eleacutectrico

Disipar la corriente asociada a las descargas atmosfeacutericas

limitando las sobretensiones generadas

Limitar la elevacioacuten de potencial de la red a valores aceptables

cuando ocurre una falla a tierra

Establecimiento y permanencia de un potencial de referencia

2211 CLASIFICACIOacuteN DE LOS SISTEMAS PUESTA A

TIERRA

Los sistemas de puesta a tierra se clasifican en dos

grandes grupos

a) De acuerdo a su naturaleza

Esta clasificacioacuten se refiere a la naturaleza dicotoacutemica

de los sistemas de puesta a tierra y se divide en dos

secciones

Instalacioacuten artificial de puesta a tierra

Son aquellas que se construyen especiacuteficamente

para tal fin utilizando las diversas clases de

electrodos

Instalacioacuten natural de puesta a tierra

Son en realidad elementos de otros sistemas

teacutecnicos (liacuteneas de tuberiacuteas metaacutelicas o cimientos de

estructuras metaacutelicas) que se encuentren dentro del

aacutembito de la instalacioacuten que se desea proteger yo

en su proximidad

24

b) De acuerdo a su aplicacioacuten

Se refiere en otras palabras a las que distingue las

instalaciones de puesta a tierra de acuerdo a su

funcionalidad y constan de tres secciones importantes

Sistemas de puesta a tierra de proteccioacuten

Tienen la misioacuten de limitar el valor de la tensioacuten

contra tierra de aqueacutellas partes del sistema eleacutectrico

que no deben ser mantenidas ni en tensioacuten ni

aisladas y con las cuales puede tener contacto el

personal

Es indispensable para asegurar que durante el

traspaso de corriente a tierra no dantildeen a los seres

vivos que estuviesen dentro del sistema de tierra o

en su proximidad en esos momentos

Sistemas de puesta a tierra de funcionamiento

Se aplica para satisfacer ciertas condiciones del

servicio del sistema teacutecnico en cuestioacuten es decir

sirven para poner a tierra por necesidad de

funcionamiento a determinados puntos del circuito

eleacutectrico tales como neutro de generadores y

transformadores aparatos para la conexioacuten de la

tensioacuten contra tierra apartarrayos etc

25

Sistemas de puesta a tierra de trabajo

Estos sistemas son realizados con caraacutecter

provisional efectuados para poner a tierra parte de

la instalacioacuten eleacutectrica normalmente en tensioacuten a

los cuales se debe llegar para efectuar un trabajo o

reparacioacuten tales como cuchillas de seccionadores

etc

Existen diferentes dispositivos o partes del sistema con

un fin determinado pero cada uno tiene diferente

propoacutesito no es lo mismo la puesta a tierra contra

descargas atmosfeacutericas que la puesta a tierra para

cargas electrostaacuteticas

Por tal motivo es necesario hacer una clasificacioacuten

secundaria de los sistemas de puesta a tierra de

acuerdo a su propoacutesito esto es

Puesta a tierra de los sistemas eleacutectricos

Esta clasificacioacuten tiene el propoacutesito de limitar

cualquier voltaje elevado que pueda resultar de

descargas atmosfeacutericas fenoacutemenos de induccioacuten o

de contactos no intencionales con cables de voltajes

maacutes altos

26

Se logra uniendo mediante un conductor apropiado

a la corriente de falla a tierra total del sistema una

parte del sistema eleacutectrico al planeta tierra

a) Puesta a tierra en sentildeales electroacutenicas

Su propoacutesito es evitar la contaminacioacuten de sentildeales

con frecuencias diferentes a las deseadas

La puesta a tierra se logra mediante blindajes de

todo tipo conectados a una referencia cero que

puede ser el planeta tierra Tambieacuten tiene el

propoacutesito de evitar la destruccioacuten de los elementos

semiconductores por un incremento en el voltaje Se

colocan dispositivos de proteccioacuten conectados entre

los conductores activos y la referencia cero

b) Puesta a tierra de proteccioacuten atmosfeacuterica

Sirve para canalizar la energiacutea de las descargas

atmosfeacutericas a tierra sin mayores dantildeos a personas

y propiedades Esta proteccioacuten se logra con una

malla metaacutelica igualadora de potencial conectada al

planeta tierra que cubre los equipos o edificios a

proteger

27

c) Puesta a tierra de proteccioacuten electrostaacutetica

La finalidad de esta proteccioacuten es neutralizar las

cargas electrostaacuteticas producidas en los materiales

dieleacutectricos Se logra uniendo todas las partes

metaacutelicas y dieleacutectricas utilizando el planeta tierra

como referencia de voltaje cero

En la figura siguiente se observa un sistema de

puesta a tierra simple formado por un electrodo un

conductor eleacutectrico y su respectivo conector

FIGURA Ndeg 01 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SIMPLE

2212 ANILLO - PUESTA A TIERRA

Se la define como el ldquoconjunto de conductores eleacutectricos

conectados en forma horizontal o vertical uniformemente

espaciados incluyendo electrodos de puesta a tierra

enterrados en forma vertical que se ubican en el interior

del suelordquo

28

El anillo de puesta a tierra en subestaciones eleacutectricas

tiene una gran aacuterea de instalacioacuten ubicaacutendose en el suelo

del patio de maniobras y es recubierta con ripio (piedra en

pequentildeos pedazos)

Los conductores estaacuten soldados comuacutenmente con suelda

exoteacutermica e instalada a una profundidad no mayor de 70

cm

a) Caracteriacutesticas baacutesicas de un Anillo de puesta a

tierra

Las puestas a tierra deben estar constituidas por

materiales y elementos que permitan un correcto

funcionamiento a lo largo de su expectativa de vida uacutetil

a un costo razonable

Las caracteriacutesticas baacutesicas son

Baja resistencia y una distribucioacuten de voltaje de

superficie razonable

Buena capacidad conductora

Larga durabilidad

Los componentes baacutesicos de un Anillo de puesta a

tierra son

29

Conductor de puesta a tierra

El propoacutesito principal es conducir la energiacutea eleacutectrica

de falla de la subestacioacuten hacia tierra los materiales

usuales de construccioacuten son de aluminio o cobre

El aluminio por sus caracteriacutesticas tiene una menor

conductividad eleacutectrica produciendo mayores

peacuterdidas pero tiene un costo relativamente bajo El

cobre es un mejor conductor que el aluminio sin

embargo el costo es mucho mayor

Varilla o jabalina de puesta a tierra

Generalmente se las denomina como jabalinas

varillas o electrodo vertical de puesta a tierra

usualmente en las instalaciones de puesta a tierra

se las coloca en forma verticalperpendicular a la

superficie soldados con el conductor horizontal de

puesta a tierra en los veacutertices dependiendo de la

configuracioacuten de la Anillo

b) Configuracioacuten del Anillo de puesta a tierra

En la implementacioacuten de la malla de tierra se toma en

consideracioacuten el espacio fiacutesico disponible y los

requerimientos eleacutectricos

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

17

CAPIacuteTULO II

MARCO TEOacuteRICO

21 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIOacuteN

Beltraacuten (2010) en su tesis titulada ldquoDiagnoacutestico de la red de puesta a tierra

de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA IIrdquo para 400230 Y 345 KVrdquo para

optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la Universidad del

Oriente de Barcelona concluye que ldquoEl valor teoacuterico de la resistencia de la

malla a tierra da un valor por debajo de 1Ω lo que indica un buen

funcionamiento de la malla de tierra garantizando asiacute la disipacioacuten de

algunas corrientes de fallas en la SE Ademaacutes los voltajes de toque y paso

en la periferia son menores en comparacioacuten con los valores tolerable

obtenidos tanto por el meacutetodo matemaacutetico como por el meacutetodo del programa

digital ETAPrdquo1

Duche (2013) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de telecomunicaciones de

Movistarrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la

Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye que ldquoEl disentildeo y

caacutelculo de resistencia realizado para la Estacioacuten presenta una resistencia de

puesta a tierra de 457Ω lo cual es bueno ya que las normas dicen que estos

sistemas de telecomunicaciones deben tener valores por debajo de los 5Ω

1BELTRAN Y (2014)Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica BARBACOA II

(Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente Barcelona Espantildea

18

cumpliendo asiacute los requerimientos para sistemas de telecomunicaciones El

valor medido de la resistividad del terreno se ve afectado por las condiciones

del terreno del medio ambiente o temperatura y principalmente de la

estacionalidad del antildeordquo2

Fierro (2015) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica

Salesiana ndash Sede Guayaquilrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea

Eleacutectrica en la Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye

que ldquoAl efectuar las mediciones de resistividad se pudo observar tambieacuten

que mientras se aumentoacute la distancia entre cada pica de medicioacuten disminuyo

la resistividad del terreno esta accioacuten es inversamente proporcional El

disentildeo y el caacutelculo de la resistencia realizado para la Subestacioacuten Eleacutectrica

presenta una resistencia de puesta a tierra de 095Ω cumpliendo con la

norma seguacuten CEN Covenin 200rdquo3

De la Vega (2012) en su libro titulado ldquoProblemas de ingenieriacutea de puesta a

tierrardquo sentildeala que ldquoUna instalacioacuten de puesta a tierra es aquella instalacioacuten

eleacutectrica que tiene como misioacuten derivar corriente hacia la tierra o bien

establecer contacto con ella las corrientes involucradas pueden ser de

2DUCHE E (2013)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de

telecomunicaciones de Movistar (Tesis de Pre Grado)Universidad Politeacutecnica Salesiana Guayaquil

Ecuador

3FIERRO R (2015)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de

la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede Guayaquil (Tesis de Pre Grado)Disentildeo del sistema de puesta

a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede

Guayaquil Guayaquil Ecuador

19

naturaleza estacionaria casi estacionaria de alta frecuencia o

electromagneacutetica en forma de impulsos corrientes que pueden ser

originadas durante el funcionamiento de un sistema teacutecnico hecho por el

hombre o causado por un fenoacutemeno naturalrdquo4

Garciacutea (2013) en su libro titulado ldquoLa Puesta a tierra de instalaciones

eleacutectricas y el RATrdquo sentildeala que ldquoEl valor de la resistencia de puesta a

tierra y el reparto de potencial en el suelo cuando el sistema de puesta a

tierra esta recorrido por una intensidad de defecto tienen fundamentalmente

como factor proporcional determinante la resistencia especifica o resistividad

del terreno y del subsuelo en el que estaacute enterrada Es por esta razoacuten que la

concepcioacuten de una red de puesta a tierra requiere inicialmente el anaacutelisis

de la naturaleza del suelo sobre el que vaya a realizarserdquo5

Gonzaacutelez (2013) en su libro titulado ldquoInstalaciones de Distribucioacutenrdquo sentildeala

que ldquoPara llevar a cabo el meacutetodo de Wenner se necesitan 4 electrodos

puestos en liacutenea recta a la misma distancia unos de otros Entre los

electrodos exteriores se inyecta una corriente alterna y entre los electrodos

interiores se mide la diferencia de potenciardquo6

4DE LA VEGA M (2012)Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico LIMUSA

5GARCIacuteA R (2013)La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT Barcelona Espantildea

MARCOMBO

6GONZAacuteLESZJ (2013)Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea EDITEX

20

22 BASES TEOacuteRICAS

221 SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

La mayoriacutea de las contingencias eleacutectricas se deben a errores de

alambrado y de eacutestos la mayoriacutea estaacuten relacionados con los sistemas de

puesta a tierra Hablar de este tema suena muy abstracto para quien no

estaacute relacionado con en el mismo La puesta a tierra es una conexioacuten de

seguridad humana y patrimonial que se disentildea en los equipos eleacutectricos

electroacutenicos y otros sistemas para protegerlos de disturbios o transitorios

por los cuales pudieran resultar dantildeados Recordemos que una falla es

una fuga de corriente que busca un medio de conduccioacuten para

drenar a tierra este medio podriacutea ser una persona y el riesgo es

mayor si esta se encuentra en lugares huacutemedos por lo que un

sistema de puesta a tierra es vital para la proteccioacuten contra este

fenoacutemeno

Los procedimientos de disentildeo de un sistema de puesta a tierra se

basan en conceptos tradicionales pero su aplicacioacuten puede ser muy

compleja es decir el proyecto se puede ver como ciencia pero la

aplicacioacuten correcta es un arte ya que cada instalacioacuten es uacutenica en

su localizacioacuten tipo de suelo y equipos a proteger Por lo tanto

realizar un sistema de puesta a tierra requiere de un cuidado

especial y su realizacioacuten debe hacerse por personas calificadas

21

Cuando se propone realizar la instalacioacuten de puesta a tierra de

inmediato pensamos en una varilla o una malla de metal conductora

enterrada en nuestras instalaciones y que tiene el fin de confinar y

dispersar en el terreno subyacente descargas fortuitas asumiendo

su ldquoeliminacioacutenrdquo sin embargo esto es incorrecto ya que se ha

demostrado que en estos puntos existen diferencias de potencial

valores que un determinado momento se podriacutea comparar con el

potencial necesario con el que trabajan los aparatos

electrodomeacutesticos Se ha comprobado que en la mayoriacutea de las

fallas de los sistemas en baja tensioacuten sobre todo en donde estaacuten

sistemas de coacutemputo que las fallas se deben a una mala conexioacuten

del conductor de puesta a tierra

Por otro lado se sabe que el globo terraacutequeo es considerado con

potencial cero no obstante el material que la compone puede tener

una resistividad eleacutectrica muy alta asiacute que para obtener un valor

adecuado se debe hacer un estudio que nos indique que el valor

seleccionado estaacute dentro de lo permitido

La resistividad es la caracteriacutestica del terreno de oponer resistencia

al paso de la corriente eleacutectrica en un metro cuacutebico Este teacutermino se

refiere al valor que existe entre el electrodo de la toma de tierra que

se desea considerar y otro electrodo lejano de resistencia cero este

valor puede variar dentro de un rango muy amplio ya que depende

del tipo de material que tenga el suelo del contenido de humedad

variaciones estacionales etc

22

Por mencionar un ejemplo una conexioacuten soacutelida a tierra facilita de

manera importante la operacioacuten de los dispositivos de proteccioacuten

contra sobretensiones ya que estos equipos como pararrayos

apartarrayos hilo de guarda cuernos de arqueo etc necesitan de

una conexioacuten a tierra para su correcta ejecucioacuten

Un sistema de puesta a tierra es un conjunto de conductores

eleacutectricos (cables y electrodos) directamente enterrados en el suelo

y distribuidos a traveacutes de una instalacioacuten expresamente disentildeada

para soportar corrientes excepcionales en caso de corto circuito o

descarga atmosfeacuterica entre otras eventualidades A este sistema se

conectan todos y cada uno de los elementos de la instalacioacuten que

requieran ser puestos a tierra tales como los neutros tanques y

carcasas de los equipos los cables de guarda las estructuras

metaacutelicas y todas aquellas partes metaacutelicas que deben estar a

potencial de tierra logrando los siguientes objetivos

Proveer un medio seguro para proteger al personal

Proporcionar un circuito de muy baja impedancia para la

circulacioacuten de las corrientes a tierra

Proveer un medio para disipar las corrientes eleacutectricas

indeseables Facilitar la operacioacuten de los dispositivos de

proteccioacuten

Proveer un medio de descarga y desenergizacioacuten de equipos

antes de proceder a las tareas de mantenimiento

23

Dar mayor confiabilidad y seguridad al servicio eleacutectrico

Disipar la corriente asociada a las descargas atmosfeacutericas

limitando las sobretensiones generadas

Limitar la elevacioacuten de potencial de la red a valores aceptables

cuando ocurre una falla a tierra

Establecimiento y permanencia de un potencial de referencia

2211 CLASIFICACIOacuteN DE LOS SISTEMAS PUESTA A

TIERRA

Los sistemas de puesta a tierra se clasifican en dos

grandes grupos

a) De acuerdo a su naturaleza

Esta clasificacioacuten se refiere a la naturaleza dicotoacutemica

de los sistemas de puesta a tierra y se divide en dos

secciones

Instalacioacuten artificial de puesta a tierra

Son aquellas que se construyen especiacuteficamente

para tal fin utilizando las diversas clases de

electrodos

Instalacioacuten natural de puesta a tierra

Son en realidad elementos de otros sistemas

teacutecnicos (liacuteneas de tuberiacuteas metaacutelicas o cimientos de

estructuras metaacutelicas) que se encuentren dentro del

aacutembito de la instalacioacuten que se desea proteger yo

en su proximidad

24

b) De acuerdo a su aplicacioacuten

Se refiere en otras palabras a las que distingue las

instalaciones de puesta a tierra de acuerdo a su

funcionalidad y constan de tres secciones importantes

Sistemas de puesta a tierra de proteccioacuten

Tienen la misioacuten de limitar el valor de la tensioacuten

contra tierra de aqueacutellas partes del sistema eleacutectrico

que no deben ser mantenidas ni en tensioacuten ni

aisladas y con las cuales puede tener contacto el

personal

Es indispensable para asegurar que durante el

traspaso de corriente a tierra no dantildeen a los seres

vivos que estuviesen dentro del sistema de tierra o

en su proximidad en esos momentos

Sistemas de puesta a tierra de funcionamiento

Se aplica para satisfacer ciertas condiciones del

servicio del sistema teacutecnico en cuestioacuten es decir

sirven para poner a tierra por necesidad de

funcionamiento a determinados puntos del circuito

eleacutectrico tales como neutro de generadores y

transformadores aparatos para la conexioacuten de la

tensioacuten contra tierra apartarrayos etc

25

Sistemas de puesta a tierra de trabajo

Estos sistemas son realizados con caraacutecter

provisional efectuados para poner a tierra parte de

la instalacioacuten eleacutectrica normalmente en tensioacuten a

los cuales se debe llegar para efectuar un trabajo o

reparacioacuten tales como cuchillas de seccionadores

etc

Existen diferentes dispositivos o partes del sistema con

un fin determinado pero cada uno tiene diferente

propoacutesito no es lo mismo la puesta a tierra contra

descargas atmosfeacutericas que la puesta a tierra para

cargas electrostaacuteticas

Por tal motivo es necesario hacer una clasificacioacuten

secundaria de los sistemas de puesta a tierra de

acuerdo a su propoacutesito esto es

Puesta a tierra de los sistemas eleacutectricos

Esta clasificacioacuten tiene el propoacutesito de limitar

cualquier voltaje elevado que pueda resultar de

descargas atmosfeacutericas fenoacutemenos de induccioacuten o

de contactos no intencionales con cables de voltajes

maacutes altos

26

Se logra uniendo mediante un conductor apropiado

a la corriente de falla a tierra total del sistema una

parte del sistema eleacutectrico al planeta tierra

a) Puesta a tierra en sentildeales electroacutenicas

Su propoacutesito es evitar la contaminacioacuten de sentildeales

con frecuencias diferentes a las deseadas

La puesta a tierra se logra mediante blindajes de

todo tipo conectados a una referencia cero que

puede ser el planeta tierra Tambieacuten tiene el

propoacutesito de evitar la destruccioacuten de los elementos

semiconductores por un incremento en el voltaje Se

colocan dispositivos de proteccioacuten conectados entre

los conductores activos y la referencia cero

b) Puesta a tierra de proteccioacuten atmosfeacuterica

Sirve para canalizar la energiacutea de las descargas

atmosfeacutericas a tierra sin mayores dantildeos a personas

y propiedades Esta proteccioacuten se logra con una

malla metaacutelica igualadora de potencial conectada al

planeta tierra que cubre los equipos o edificios a

proteger

27

c) Puesta a tierra de proteccioacuten electrostaacutetica

La finalidad de esta proteccioacuten es neutralizar las

cargas electrostaacuteticas producidas en los materiales

dieleacutectricos Se logra uniendo todas las partes

metaacutelicas y dieleacutectricas utilizando el planeta tierra

como referencia de voltaje cero

En la figura siguiente se observa un sistema de

puesta a tierra simple formado por un electrodo un

conductor eleacutectrico y su respectivo conector

FIGURA Ndeg 01 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SIMPLE

2212 ANILLO - PUESTA A TIERRA

Se la define como el ldquoconjunto de conductores eleacutectricos

conectados en forma horizontal o vertical uniformemente

espaciados incluyendo electrodos de puesta a tierra

enterrados en forma vertical que se ubican en el interior

del suelordquo

28

El anillo de puesta a tierra en subestaciones eleacutectricas

tiene una gran aacuterea de instalacioacuten ubicaacutendose en el suelo

del patio de maniobras y es recubierta con ripio (piedra en

pequentildeos pedazos)

Los conductores estaacuten soldados comuacutenmente con suelda

exoteacutermica e instalada a una profundidad no mayor de 70

cm

a) Caracteriacutesticas baacutesicas de un Anillo de puesta a

tierra

Las puestas a tierra deben estar constituidas por

materiales y elementos que permitan un correcto

funcionamiento a lo largo de su expectativa de vida uacutetil

a un costo razonable

Las caracteriacutesticas baacutesicas son

Baja resistencia y una distribucioacuten de voltaje de

superficie razonable

Buena capacidad conductora

Larga durabilidad

Los componentes baacutesicos de un Anillo de puesta a

tierra son

29

Conductor de puesta a tierra

El propoacutesito principal es conducir la energiacutea eleacutectrica

de falla de la subestacioacuten hacia tierra los materiales

usuales de construccioacuten son de aluminio o cobre

El aluminio por sus caracteriacutesticas tiene una menor

conductividad eleacutectrica produciendo mayores

peacuterdidas pero tiene un costo relativamente bajo El

cobre es un mejor conductor que el aluminio sin

embargo el costo es mucho mayor

Varilla o jabalina de puesta a tierra

Generalmente se las denomina como jabalinas

varillas o electrodo vertical de puesta a tierra

usualmente en las instalaciones de puesta a tierra

se las coloca en forma verticalperpendicular a la

superficie soldados con el conductor horizontal de

puesta a tierra en los veacutertices dependiendo de la

configuracioacuten de la Anillo

b) Configuracioacuten del Anillo de puesta a tierra

En la implementacioacuten de la malla de tierra se toma en

consideracioacuten el espacio fiacutesico disponible y los

requerimientos eleacutectricos

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

18

cumpliendo asiacute los requerimientos para sistemas de telecomunicaciones El

valor medido de la resistividad del terreno se ve afectado por las condiciones

del terreno del medio ambiente o temperatura y principalmente de la

estacionalidad del antildeordquo2

Fierro (2015) en su tesis titulada ldquoDisentildeo del sistema de puesta a tierra de

la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica

Salesiana ndash Sede Guayaquilrdquo para optar el Tiacutetulo de Ingeniero en Ingenieriacutea

Eleacutectrica en la Universidad Politeacutecnica Salesiana de Guayaquil concluye

que ldquoAl efectuar las mediciones de resistividad se pudo observar tambieacuten

que mientras se aumentoacute la distancia entre cada pica de medicioacuten disminuyo

la resistividad del terreno esta accioacuten es inversamente proporcional El

disentildeo y el caacutelculo de la resistencia realizado para la Subestacioacuten Eleacutectrica

presenta una resistencia de puesta a tierra de 095Ω cumpliendo con la

norma seguacuten CEN Covenin 200rdquo3

De la Vega (2012) en su libro titulado ldquoProblemas de ingenieriacutea de puesta a

tierrardquo sentildeala que ldquoUna instalacioacuten de puesta a tierra es aquella instalacioacuten

eleacutectrica que tiene como misioacuten derivar corriente hacia la tierra o bien

establecer contacto con ella las corrientes involucradas pueden ser de

2DUCHE E (2013)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la estacioacuten repetidora el Alisal par sistemas de

telecomunicaciones de Movistar (Tesis de Pre Grado)Universidad Politeacutecnica Salesiana Guayaquil

Ecuador

3FIERRO R (2015)Disentildeo del sistema de puesta a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de

la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede Guayaquil (Tesis de Pre Grado)Disentildeo del sistema de puesta

a tierra de la subestacioacuten eleacutectrica del nuevo campus de la Universidad Politeacutecnica Salesiana ndash Sede

Guayaquil Guayaquil Ecuador

19

naturaleza estacionaria casi estacionaria de alta frecuencia o

electromagneacutetica en forma de impulsos corrientes que pueden ser

originadas durante el funcionamiento de un sistema teacutecnico hecho por el

hombre o causado por un fenoacutemeno naturalrdquo4

Garciacutea (2013) en su libro titulado ldquoLa Puesta a tierra de instalaciones

eleacutectricas y el RATrdquo sentildeala que ldquoEl valor de la resistencia de puesta a

tierra y el reparto de potencial en el suelo cuando el sistema de puesta a

tierra esta recorrido por una intensidad de defecto tienen fundamentalmente

como factor proporcional determinante la resistencia especifica o resistividad

del terreno y del subsuelo en el que estaacute enterrada Es por esta razoacuten que la

concepcioacuten de una red de puesta a tierra requiere inicialmente el anaacutelisis

de la naturaleza del suelo sobre el que vaya a realizarserdquo5

Gonzaacutelez (2013) en su libro titulado ldquoInstalaciones de Distribucioacutenrdquo sentildeala

que ldquoPara llevar a cabo el meacutetodo de Wenner se necesitan 4 electrodos

puestos en liacutenea recta a la misma distancia unos de otros Entre los

electrodos exteriores se inyecta una corriente alterna y entre los electrodos

interiores se mide la diferencia de potenciardquo6

4DE LA VEGA M (2012)Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico LIMUSA

5GARCIacuteA R (2013)La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT Barcelona Espantildea

MARCOMBO

6GONZAacuteLESZJ (2013)Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea EDITEX

20

22 BASES TEOacuteRICAS

221 SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

La mayoriacutea de las contingencias eleacutectricas se deben a errores de

alambrado y de eacutestos la mayoriacutea estaacuten relacionados con los sistemas de

puesta a tierra Hablar de este tema suena muy abstracto para quien no

estaacute relacionado con en el mismo La puesta a tierra es una conexioacuten de

seguridad humana y patrimonial que se disentildea en los equipos eleacutectricos

electroacutenicos y otros sistemas para protegerlos de disturbios o transitorios

por los cuales pudieran resultar dantildeados Recordemos que una falla es

una fuga de corriente que busca un medio de conduccioacuten para

drenar a tierra este medio podriacutea ser una persona y el riesgo es

mayor si esta se encuentra en lugares huacutemedos por lo que un

sistema de puesta a tierra es vital para la proteccioacuten contra este

fenoacutemeno

Los procedimientos de disentildeo de un sistema de puesta a tierra se

basan en conceptos tradicionales pero su aplicacioacuten puede ser muy

compleja es decir el proyecto se puede ver como ciencia pero la

aplicacioacuten correcta es un arte ya que cada instalacioacuten es uacutenica en

su localizacioacuten tipo de suelo y equipos a proteger Por lo tanto

realizar un sistema de puesta a tierra requiere de un cuidado

especial y su realizacioacuten debe hacerse por personas calificadas

21

Cuando se propone realizar la instalacioacuten de puesta a tierra de

inmediato pensamos en una varilla o una malla de metal conductora

enterrada en nuestras instalaciones y que tiene el fin de confinar y

dispersar en el terreno subyacente descargas fortuitas asumiendo

su ldquoeliminacioacutenrdquo sin embargo esto es incorrecto ya que se ha

demostrado que en estos puntos existen diferencias de potencial

valores que un determinado momento se podriacutea comparar con el

potencial necesario con el que trabajan los aparatos

electrodomeacutesticos Se ha comprobado que en la mayoriacutea de las

fallas de los sistemas en baja tensioacuten sobre todo en donde estaacuten

sistemas de coacutemputo que las fallas se deben a una mala conexioacuten

del conductor de puesta a tierra

Por otro lado se sabe que el globo terraacutequeo es considerado con

potencial cero no obstante el material que la compone puede tener

una resistividad eleacutectrica muy alta asiacute que para obtener un valor

adecuado se debe hacer un estudio que nos indique que el valor

seleccionado estaacute dentro de lo permitido

La resistividad es la caracteriacutestica del terreno de oponer resistencia

al paso de la corriente eleacutectrica en un metro cuacutebico Este teacutermino se

refiere al valor que existe entre el electrodo de la toma de tierra que

se desea considerar y otro electrodo lejano de resistencia cero este

valor puede variar dentro de un rango muy amplio ya que depende

del tipo de material que tenga el suelo del contenido de humedad

variaciones estacionales etc

22

Por mencionar un ejemplo una conexioacuten soacutelida a tierra facilita de

manera importante la operacioacuten de los dispositivos de proteccioacuten

contra sobretensiones ya que estos equipos como pararrayos

apartarrayos hilo de guarda cuernos de arqueo etc necesitan de

una conexioacuten a tierra para su correcta ejecucioacuten

Un sistema de puesta a tierra es un conjunto de conductores

eleacutectricos (cables y electrodos) directamente enterrados en el suelo

y distribuidos a traveacutes de una instalacioacuten expresamente disentildeada

para soportar corrientes excepcionales en caso de corto circuito o

descarga atmosfeacuterica entre otras eventualidades A este sistema se

conectan todos y cada uno de los elementos de la instalacioacuten que

requieran ser puestos a tierra tales como los neutros tanques y

carcasas de los equipos los cables de guarda las estructuras

metaacutelicas y todas aquellas partes metaacutelicas que deben estar a

potencial de tierra logrando los siguientes objetivos

Proveer un medio seguro para proteger al personal

Proporcionar un circuito de muy baja impedancia para la

circulacioacuten de las corrientes a tierra

Proveer un medio para disipar las corrientes eleacutectricas

indeseables Facilitar la operacioacuten de los dispositivos de

proteccioacuten

Proveer un medio de descarga y desenergizacioacuten de equipos

antes de proceder a las tareas de mantenimiento

23

Dar mayor confiabilidad y seguridad al servicio eleacutectrico

Disipar la corriente asociada a las descargas atmosfeacutericas

limitando las sobretensiones generadas

Limitar la elevacioacuten de potencial de la red a valores aceptables

cuando ocurre una falla a tierra

Establecimiento y permanencia de un potencial de referencia

2211 CLASIFICACIOacuteN DE LOS SISTEMAS PUESTA A

TIERRA

Los sistemas de puesta a tierra se clasifican en dos

grandes grupos

a) De acuerdo a su naturaleza

Esta clasificacioacuten se refiere a la naturaleza dicotoacutemica

de los sistemas de puesta a tierra y se divide en dos

secciones

Instalacioacuten artificial de puesta a tierra

Son aquellas que se construyen especiacuteficamente

para tal fin utilizando las diversas clases de

electrodos

Instalacioacuten natural de puesta a tierra

Son en realidad elementos de otros sistemas

teacutecnicos (liacuteneas de tuberiacuteas metaacutelicas o cimientos de

estructuras metaacutelicas) que se encuentren dentro del

aacutembito de la instalacioacuten que se desea proteger yo

en su proximidad

24

b) De acuerdo a su aplicacioacuten

Se refiere en otras palabras a las que distingue las

instalaciones de puesta a tierra de acuerdo a su

funcionalidad y constan de tres secciones importantes

Sistemas de puesta a tierra de proteccioacuten

Tienen la misioacuten de limitar el valor de la tensioacuten

contra tierra de aqueacutellas partes del sistema eleacutectrico

que no deben ser mantenidas ni en tensioacuten ni

aisladas y con las cuales puede tener contacto el

personal

Es indispensable para asegurar que durante el

traspaso de corriente a tierra no dantildeen a los seres

vivos que estuviesen dentro del sistema de tierra o

en su proximidad en esos momentos

Sistemas de puesta a tierra de funcionamiento

Se aplica para satisfacer ciertas condiciones del

servicio del sistema teacutecnico en cuestioacuten es decir

sirven para poner a tierra por necesidad de

funcionamiento a determinados puntos del circuito

eleacutectrico tales como neutro de generadores y

transformadores aparatos para la conexioacuten de la

tensioacuten contra tierra apartarrayos etc

25

Sistemas de puesta a tierra de trabajo

Estos sistemas son realizados con caraacutecter

provisional efectuados para poner a tierra parte de

la instalacioacuten eleacutectrica normalmente en tensioacuten a

los cuales se debe llegar para efectuar un trabajo o

reparacioacuten tales como cuchillas de seccionadores

etc

Existen diferentes dispositivos o partes del sistema con

un fin determinado pero cada uno tiene diferente

propoacutesito no es lo mismo la puesta a tierra contra

descargas atmosfeacutericas que la puesta a tierra para

cargas electrostaacuteticas

Por tal motivo es necesario hacer una clasificacioacuten

secundaria de los sistemas de puesta a tierra de

acuerdo a su propoacutesito esto es

Puesta a tierra de los sistemas eleacutectricos

Esta clasificacioacuten tiene el propoacutesito de limitar

cualquier voltaje elevado que pueda resultar de

descargas atmosfeacutericas fenoacutemenos de induccioacuten o

de contactos no intencionales con cables de voltajes

maacutes altos

26

Se logra uniendo mediante un conductor apropiado

a la corriente de falla a tierra total del sistema una

parte del sistema eleacutectrico al planeta tierra

a) Puesta a tierra en sentildeales electroacutenicas

Su propoacutesito es evitar la contaminacioacuten de sentildeales

con frecuencias diferentes a las deseadas

La puesta a tierra se logra mediante blindajes de

todo tipo conectados a una referencia cero que

puede ser el planeta tierra Tambieacuten tiene el

propoacutesito de evitar la destruccioacuten de los elementos

semiconductores por un incremento en el voltaje Se

colocan dispositivos de proteccioacuten conectados entre

los conductores activos y la referencia cero

b) Puesta a tierra de proteccioacuten atmosfeacuterica

Sirve para canalizar la energiacutea de las descargas

atmosfeacutericas a tierra sin mayores dantildeos a personas

y propiedades Esta proteccioacuten se logra con una

malla metaacutelica igualadora de potencial conectada al

planeta tierra que cubre los equipos o edificios a

proteger

27

c) Puesta a tierra de proteccioacuten electrostaacutetica

La finalidad de esta proteccioacuten es neutralizar las

cargas electrostaacuteticas producidas en los materiales

dieleacutectricos Se logra uniendo todas las partes

metaacutelicas y dieleacutectricas utilizando el planeta tierra

como referencia de voltaje cero

En la figura siguiente se observa un sistema de

puesta a tierra simple formado por un electrodo un

conductor eleacutectrico y su respectivo conector

FIGURA Ndeg 01 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SIMPLE

2212 ANILLO - PUESTA A TIERRA

Se la define como el ldquoconjunto de conductores eleacutectricos

conectados en forma horizontal o vertical uniformemente

espaciados incluyendo electrodos de puesta a tierra

enterrados en forma vertical que se ubican en el interior

del suelordquo

28

El anillo de puesta a tierra en subestaciones eleacutectricas

tiene una gran aacuterea de instalacioacuten ubicaacutendose en el suelo

del patio de maniobras y es recubierta con ripio (piedra en

pequentildeos pedazos)

Los conductores estaacuten soldados comuacutenmente con suelda

exoteacutermica e instalada a una profundidad no mayor de 70

cm

a) Caracteriacutesticas baacutesicas de un Anillo de puesta a

tierra

Las puestas a tierra deben estar constituidas por

materiales y elementos que permitan un correcto

funcionamiento a lo largo de su expectativa de vida uacutetil

a un costo razonable

Las caracteriacutesticas baacutesicas son

Baja resistencia y una distribucioacuten de voltaje de

superficie razonable

Buena capacidad conductora

Larga durabilidad

Los componentes baacutesicos de un Anillo de puesta a

tierra son

29

Conductor de puesta a tierra

El propoacutesito principal es conducir la energiacutea eleacutectrica

de falla de la subestacioacuten hacia tierra los materiales

usuales de construccioacuten son de aluminio o cobre

El aluminio por sus caracteriacutesticas tiene una menor

conductividad eleacutectrica produciendo mayores

peacuterdidas pero tiene un costo relativamente bajo El

cobre es un mejor conductor que el aluminio sin

embargo el costo es mucho mayor

Varilla o jabalina de puesta a tierra

Generalmente se las denomina como jabalinas

varillas o electrodo vertical de puesta a tierra

usualmente en las instalaciones de puesta a tierra

se las coloca en forma verticalperpendicular a la

superficie soldados con el conductor horizontal de

puesta a tierra en los veacutertices dependiendo de la

configuracioacuten de la Anillo

b) Configuracioacuten del Anillo de puesta a tierra

En la implementacioacuten de la malla de tierra se toma en

consideracioacuten el espacio fiacutesico disponible y los

requerimientos eleacutectricos

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

19

naturaleza estacionaria casi estacionaria de alta frecuencia o

electromagneacutetica en forma de impulsos corrientes que pueden ser

originadas durante el funcionamiento de un sistema teacutecnico hecho por el

hombre o causado por un fenoacutemeno naturalrdquo4

Garciacutea (2013) en su libro titulado ldquoLa Puesta a tierra de instalaciones

eleacutectricas y el RATrdquo sentildeala que ldquoEl valor de la resistencia de puesta a

tierra y el reparto de potencial en el suelo cuando el sistema de puesta a

tierra esta recorrido por una intensidad de defecto tienen fundamentalmente

como factor proporcional determinante la resistencia especifica o resistividad

del terreno y del subsuelo en el que estaacute enterrada Es por esta razoacuten que la

concepcioacuten de una red de puesta a tierra requiere inicialmente el anaacutelisis

de la naturaleza del suelo sobre el que vaya a realizarserdquo5

Gonzaacutelez (2013) en su libro titulado ldquoInstalaciones de Distribucioacutenrdquo sentildeala

que ldquoPara llevar a cabo el meacutetodo de Wenner se necesitan 4 electrodos

puestos en liacutenea recta a la misma distancia unos de otros Entre los

electrodos exteriores se inyecta una corriente alterna y entre los electrodos

interiores se mide la diferencia de potenciardquo6

4DE LA VEGA M (2012)Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico LIMUSA

5GARCIacuteA R (2013)La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT Barcelona Espantildea

MARCOMBO

6GONZAacuteLESZJ (2013)Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea EDITEX

20

22 BASES TEOacuteRICAS

221 SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

La mayoriacutea de las contingencias eleacutectricas se deben a errores de

alambrado y de eacutestos la mayoriacutea estaacuten relacionados con los sistemas de

puesta a tierra Hablar de este tema suena muy abstracto para quien no

estaacute relacionado con en el mismo La puesta a tierra es una conexioacuten de

seguridad humana y patrimonial que se disentildea en los equipos eleacutectricos

electroacutenicos y otros sistemas para protegerlos de disturbios o transitorios

por los cuales pudieran resultar dantildeados Recordemos que una falla es

una fuga de corriente que busca un medio de conduccioacuten para

drenar a tierra este medio podriacutea ser una persona y el riesgo es

mayor si esta se encuentra en lugares huacutemedos por lo que un

sistema de puesta a tierra es vital para la proteccioacuten contra este

fenoacutemeno

Los procedimientos de disentildeo de un sistema de puesta a tierra se

basan en conceptos tradicionales pero su aplicacioacuten puede ser muy

compleja es decir el proyecto se puede ver como ciencia pero la

aplicacioacuten correcta es un arte ya que cada instalacioacuten es uacutenica en

su localizacioacuten tipo de suelo y equipos a proteger Por lo tanto

realizar un sistema de puesta a tierra requiere de un cuidado

especial y su realizacioacuten debe hacerse por personas calificadas

21

Cuando se propone realizar la instalacioacuten de puesta a tierra de

inmediato pensamos en una varilla o una malla de metal conductora

enterrada en nuestras instalaciones y que tiene el fin de confinar y

dispersar en el terreno subyacente descargas fortuitas asumiendo

su ldquoeliminacioacutenrdquo sin embargo esto es incorrecto ya que se ha

demostrado que en estos puntos existen diferencias de potencial

valores que un determinado momento se podriacutea comparar con el

potencial necesario con el que trabajan los aparatos

electrodomeacutesticos Se ha comprobado que en la mayoriacutea de las

fallas de los sistemas en baja tensioacuten sobre todo en donde estaacuten

sistemas de coacutemputo que las fallas se deben a una mala conexioacuten

del conductor de puesta a tierra

Por otro lado se sabe que el globo terraacutequeo es considerado con

potencial cero no obstante el material que la compone puede tener

una resistividad eleacutectrica muy alta asiacute que para obtener un valor

adecuado se debe hacer un estudio que nos indique que el valor

seleccionado estaacute dentro de lo permitido

La resistividad es la caracteriacutestica del terreno de oponer resistencia

al paso de la corriente eleacutectrica en un metro cuacutebico Este teacutermino se

refiere al valor que existe entre el electrodo de la toma de tierra que

se desea considerar y otro electrodo lejano de resistencia cero este

valor puede variar dentro de un rango muy amplio ya que depende

del tipo de material que tenga el suelo del contenido de humedad

variaciones estacionales etc

22

Por mencionar un ejemplo una conexioacuten soacutelida a tierra facilita de

manera importante la operacioacuten de los dispositivos de proteccioacuten

contra sobretensiones ya que estos equipos como pararrayos

apartarrayos hilo de guarda cuernos de arqueo etc necesitan de

una conexioacuten a tierra para su correcta ejecucioacuten

Un sistema de puesta a tierra es un conjunto de conductores

eleacutectricos (cables y electrodos) directamente enterrados en el suelo

y distribuidos a traveacutes de una instalacioacuten expresamente disentildeada

para soportar corrientes excepcionales en caso de corto circuito o

descarga atmosfeacuterica entre otras eventualidades A este sistema se

conectan todos y cada uno de los elementos de la instalacioacuten que

requieran ser puestos a tierra tales como los neutros tanques y

carcasas de los equipos los cables de guarda las estructuras

metaacutelicas y todas aquellas partes metaacutelicas que deben estar a

potencial de tierra logrando los siguientes objetivos

Proveer un medio seguro para proteger al personal

Proporcionar un circuito de muy baja impedancia para la

circulacioacuten de las corrientes a tierra

Proveer un medio para disipar las corrientes eleacutectricas

indeseables Facilitar la operacioacuten de los dispositivos de

proteccioacuten

Proveer un medio de descarga y desenergizacioacuten de equipos

antes de proceder a las tareas de mantenimiento

23

Dar mayor confiabilidad y seguridad al servicio eleacutectrico

Disipar la corriente asociada a las descargas atmosfeacutericas

limitando las sobretensiones generadas

Limitar la elevacioacuten de potencial de la red a valores aceptables

cuando ocurre una falla a tierra

Establecimiento y permanencia de un potencial de referencia

2211 CLASIFICACIOacuteN DE LOS SISTEMAS PUESTA A

TIERRA

Los sistemas de puesta a tierra se clasifican en dos

grandes grupos

a) De acuerdo a su naturaleza

Esta clasificacioacuten se refiere a la naturaleza dicotoacutemica

de los sistemas de puesta a tierra y se divide en dos

secciones

Instalacioacuten artificial de puesta a tierra

Son aquellas que se construyen especiacuteficamente

para tal fin utilizando las diversas clases de

electrodos

Instalacioacuten natural de puesta a tierra

Son en realidad elementos de otros sistemas

teacutecnicos (liacuteneas de tuberiacuteas metaacutelicas o cimientos de

estructuras metaacutelicas) que se encuentren dentro del

aacutembito de la instalacioacuten que se desea proteger yo

en su proximidad

24

b) De acuerdo a su aplicacioacuten

Se refiere en otras palabras a las que distingue las

instalaciones de puesta a tierra de acuerdo a su

funcionalidad y constan de tres secciones importantes

Sistemas de puesta a tierra de proteccioacuten

Tienen la misioacuten de limitar el valor de la tensioacuten

contra tierra de aqueacutellas partes del sistema eleacutectrico

que no deben ser mantenidas ni en tensioacuten ni

aisladas y con las cuales puede tener contacto el

personal

Es indispensable para asegurar que durante el

traspaso de corriente a tierra no dantildeen a los seres

vivos que estuviesen dentro del sistema de tierra o

en su proximidad en esos momentos

Sistemas de puesta a tierra de funcionamiento

Se aplica para satisfacer ciertas condiciones del

servicio del sistema teacutecnico en cuestioacuten es decir

sirven para poner a tierra por necesidad de

funcionamiento a determinados puntos del circuito

eleacutectrico tales como neutro de generadores y

transformadores aparatos para la conexioacuten de la

tensioacuten contra tierra apartarrayos etc

25

Sistemas de puesta a tierra de trabajo

Estos sistemas son realizados con caraacutecter

provisional efectuados para poner a tierra parte de

la instalacioacuten eleacutectrica normalmente en tensioacuten a

los cuales se debe llegar para efectuar un trabajo o

reparacioacuten tales como cuchillas de seccionadores

etc

Existen diferentes dispositivos o partes del sistema con

un fin determinado pero cada uno tiene diferente

propoacutesito no es lo mismo la puesta a tierra contra

descargas atmosfeacutericas que la puesta a tierra para

cargas electrostaacuteticas

Por tal motivo es necesario hacer una clasificacioacuten

secundaria de los sistemas de puesta a tierra de

acuerdo a su propoacutesito esto es

Puesta a tierra de los sistemas eleacutectricos

Esta clasificacioacuten tiene el propoacutesito de limitar

cualquier voltaje elevado que pueda resultar de

descargas atmosfeacutericas fenoacutemenos de induccioacuten o

de contactos no intencionales con cables de voltajes

maacutes altos

26

Se logra uniendo mediante un conductor apropiado

a la corriente de falla a tierra total del sistema una

parte del sistema eleacutectrico al planeta tierra

a) Puesta a tierra en sentildeales electroacutenicas

Su propoacutesito es evitar la contaminacioacuten de sentildeales

con frecuencias diferentes a las deseadas

La puesta a tierra se logra mediante blindajes de

todo tipo conectados a una referencia cero que

puede ser el planeta tierra Tambieacuten tiene el

propoacutesito de evitar la destruccioacuten de los elementos

semiconductores por un incremento en el voltaje Se

colocan dispositivos de proteccioacuten conectados entre

los conductores activos y la referencia cero

b) Puesta a tierra de proteccioacuten atmosfeacuterica

Sirve para canalizar la energiacutea de las descargas

atmosfeacutericas a tierra sin mayores dantildeos a personas

y propiedades Esta proteccioacuten se logra con una

malla metaacutelica igualadora de potencial conectada al

planeta tierra que cubre los equipos o edificios a

proteger

27

c) Puesta a tierra de proteccioacuten electrostaacutetica

La finalidad de esta proteccioacuten es neutralizar las

cargas electrostaacuteticas producidas en los materiales

dieleacutectricos Se logra uniendo todas las partes

metaacutelicas y dieleacutectricas utilizando el planeta tierra

como referencia de voltaje cero

En la figura siguiente se observa un sistema de

puesta a tierra simple formado por un electrodo un

conductor eleacutectrico y su respectivo conector

FIGURA Ndeg 01 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SIMPLE

2212 ANILLO - PUESTA A TIERRA

Se la define como el ldquoconjunto de conductores eleacutectricos

conectados en forma horizontal o vertical uniformemente

espaciados incluyendo electrodos de puesta a tierra

enterrados en forma vertical que se ubican en el interior

del suelordquo

28

El anillo de puesta a tierra en subestaciones eleacutectricas

tiene una gran aacuterea de instalacioacuten ubicaacutendose en el suelo

del patio de maniobras y es recubierta con ripio (piedra en

pequentildeos pedazos)

Los conductores estaacuten soldados comuacutenmente con suelda

exoteacutermica e instalada a una profundidad no mayor de 70

cm

a) Caracteriacutesticas baacutesicas de un Anillo de puesta a

tierra

Las puestas a tierra deben estar constituidas por

materiales y elementos que permitan un correcto

funcionamiento a lo largo de su expectativa de vida uacutetil

a un costo razonable

Las caracteriacutesticas baacutesicas son

Baja resistencia y una distribucioacuten de voltaje de

superficie razonable

Buena capacidad conductora

Larga durabilidad

Los componentes baacutesicos de un Anillo de puesta a

tierra son

29

Conductor de puesta a tierra

El propoacutesito principal es conducir la energiacutea eleacutectrica

de falla de la subestacioacuten hacia tierra los materiales

usuales de construccioacuten son de aluminio o cobre

El aluminio por sus caracteriacutesticas tiene una menor

conductividad eleacutectrica produciendo mayores

peacuterdidas pero tiene un costo relativamente bajo El

cobre es un mejor conductor que el aluminio sin

embargo el costo es mucho mayor

Varilla o jabalina de puesta a tierra

Generalmente se las denomina como jabalinas

varillas o electrodo vertical de puesta a tierra

usualmente en las instalaciones de puesta a tierra

se las coloca en forma verticalperpendicular a la

superficie soldados con el conductor horizontal de

puesta a tierra en los veacutertices dependiendo de la

configuracioacuten de la Anillo

b) Configuracioacuten del Anillo de puesta a tierra

En la implementacioacuten de la malla de tierra se toma en

consideracioacuten el espacio fiacutesico disponible y los

requerimientos eleacutectricos

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

20

22 BASES TEOacuteRICAS

221 SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

La mayoriacutea de las contingencias eleacutectricas se deben a errores de

alambrado y de eacutestos la mayoriacutea estaacuten relacionados con los sistemas de

puesta a tierra Hablar de este tema suena muy abstracto para quien no

estaacute relacionado con en el mismo La puesta a tierra es una conexioacuten de

seguridad humana y patrimonial que se disentildea en los equipos eleacutectricos

electroacutenicos y otros sistemas para protegerlos de disturbios o transitorios

por los cuales pudieran resultar dantildeados Recordemos que una falla es

una fuga de corriente que busca un medio de conduccioacuten para

drenar a tierra este medio podriacutea ser una persona y el riesgo es

mayor si esta se encuentra en lugares huacutemedos por lo que un

sistema de puesta a tierra es vital para la proteccioacuten contra este

fenoacutemeno

Los procedimientos de disentildeo de un sistema de puesta a tierra se

basan en conceptos tradicionales pero su aplicacioacuten puede ser muy

compleja es decir el proyecto se puede ver como ciencia pero la

aplicacioacuten correcta es un arte ya que cada instalacioacuten es uacutenica en

su localizacioacuten tipo de suelo y equipos a proteger Por lo tanto

realizar un sistema de puesta a tierra requiere de un cuidado

especial y su realizacioacuten debe hacerse por personas calificadas

21

Cuando se propone realizar la instalacioacuten de puesta a tierra de

inmediato pensamos en una varilla o una malla de metal conductora

enterrada en nuestras instalaciones y que tiene el fin de confinar y

dispersar en el terreno subyacente descargas fortuitas asumiendo

su ldquoeliminacioacutenrdquo sin embargo esto es incorrecto ya que se ha

demostrado que en estos puntos existen diferencias de potencial

valores que un determinado momento se podriacutea comparar con el

potencial necesario con el que trabajan los aparatos

electrodomeacutesticos Se ha comprobado que en la mayoriacutea de las

fallas de los sistemas en baja tensioacuten sobre todo en donde estaacuten

sistemas de coacutemputo que las fallas se deben a una mala conexioacuten

del conductor de puesta a tierra

Por otro lado se sabe que el globo terraacutequeo es considerado con

potencial cero no obstante el material que la compone puede tener

una resistividad eleacutectrica muy alta asiacute que para obtener un valor

adecuado se debe hacer un estudio que nos indique que el valor

seleccionado estaacute dentro de lo permitido

La resistividad es la caracteriacutestica del terreno de oponer resistencia

al paso de la corriente eleacutectrica en un metro cuacutebico Este teacutermino se

refiere al valor que existe entre el electrodo de la toma de tierra que

se desea considerar y otro electrodo lejano de resistencia cero este

valor puede variar dentro de un rango muy amplio ya que depende

del tipo de material que tenga el suelo del contenido de humedad

variaciones estacionales etc

22

Por mencionar un ejemplo una conexioacuten soacutelida a tierra facilita de

manera importante la operacioacuten de los dispositivos de proteccioacuten

contra sobretensiones ya que estos equipos como pararrayos

apartarrayos hilo de guarda cuernos de arqueo etc necesitan de

una conexioacuten a tierra para su correcta ejecucioacuten

Un sistema de puesta a tierra es un conjunto de conductores

eleacutectricos (cables y electrodos) directamente enterrados en el suelo

y distribuidos a traveacutes de una instalacioacuten expresamente disentildeada

para soportar corrientes excepcionales en caso de corto circuito o

descarga atmosfeacuterica entre otras eventualidades A este sistema se

conectan todos y cada uno de los elementos de la instalacioacuten que

requieran ser puestos a tierra tales como los neutros tanques y

carcasas de los equipos los cables de guarda las estructuras

metaacutelicas y todas aquellas partes metaacutelicas que deben estar a

potencial de tierra logrando los siguientes objetivos

Proveer un medio seguro para proteger al personal

Proporcionar un circuito de muy baja impedancia para la

circulacioacuten de las corrientes a tierra

Proveer un medio para disipar las corrientes eleacutectricas

indeseables Facilitar la operacioacuten de los dispositivos de

proteccioacuten

Proveer un medio de descarga y desenergizacioacuten de equipos

antes de proceder a las tareas de mantenimiento

23

Dar mayor confiabilidad y seguridad al servicio eleacutectrico

Disipar la corriente asociada a las descargas atmosfeacutericas

limitando las sobretensiones generadas

Limitar la elevacioacuten de potencial de la red a valores aceptables

cuando ocurre una falla a tierra

Establecimiento y permanencia de un potencial de referencia

2211 CLASIFICACIOacuteN DE LOS SISTEMAS PUESTA A

TIERRA

Los sistemas de puesta a tierra se clasifican en dos

grandes grupos

a) De acuerdo a su naturaleza

Esta clasificacioacuten se refiere a la naturaleza dicotoacutemica

de los sistemas de puesta a tierra y se divide en dos

secciones

Instalacioacuten artificial de puesta a tierra

Son aquellas que se construyen especiacuteficamente

para tal fin utilizando las diversas clases de

electrodos

Instalacioacuten natural de puesta a tierra

Son en realidad elementos de otros sistemas

teacutecnicos (liacuteneas de tuberiacuteas metaacutelicas o cimientos de

estructuras metaacutelicas) que se encuentren dentro del

aacutembito de la instalacioacuten que se desea proteger yo

en su proximidad

24

b) De acuerdo a su aplicacioacuten

Se refiere en otras palabras a las que distingue las

instalaciones de puesta a tierra de acuerdo a su

funcionalidad y constan de tres secciones importantes

Sistemas de puesta a tierra de proteccioacuten

Tienen la misioacuten de limitar el valor de la tensioacuten

contra tierra de aqueacutellas partes del sistema eleacutectrico

que no deben ser mantenidas ni en tensioacuten ni

aisladas y con las cuales puede tener contacto el

personal

Es indispensable para asegurar que durante el

traspaso de corriente a tierra no dantildeen a los seres

vivos que estuviesen dentro del sistema de tierra o

en su proximidad en esos momentos

Sistemas de puesta a tierra de funcionamiento

Se aplica para satisfacer ciertas condiciones del

servicio del sistema teacutecnico en cuestioacuten es decir

sirven para poner a tierra por necesidad de

funcionamiento a determinados puntos del circuito

eleacutectrico tales como neutro de generadores y

transformadores aparatos para la conexioacuten de la

tensioacuten contra tierra apartarrayos etc

25

Sistemas de puesta a tierra de trabajo

Estos sistemas son realizados con caraacutecter

provisional efectuados para poner a tierra parte de

la instalacioacuten eleacutectrica normalmente en tensioacuten a

los cuales se debe llegar para efectuar un trabajo o

reparacioacuten tales como cuchillas de seccionadores

etc

Existen diferentes dispositivos o partes del sistema con

un fin determinado pero cada uno tiene diferente

propoacutesito no es lo mismo la puesta a tierra contra

descargas atmosfeacutericas que la puesta a tierra para

cargas electrostaacuteticas

Por tal motivo es necesario hacer una clasificacioacuten

secundaria de los sistemas de puesta a tierra de

acuerdo a su propoacutesito esto es

Puesta a tierra de los sistemas eleacutectricos

Esta clasificacioacuten tiene el propoacutesito de limitar

cualquier voltaje elevado que pueda resultar de

descargas atmosfeacutericas fenoacutemenos de induccioacuten o

de contactos no intencionales con cables de voltajes

maacutes altos

26

Se logra uniendo mediante un conductor apropiado

a la corriente de falla a tierra total del sistema una

parte del sistema eleacutectrico al planeta tierra

a) Puesta a tierra en sentildeales electroacutenicas

Su propoacutesito es evitar la contaminacioacuten de sentildeales

con frecuencias diferentes a las deseadas

La puesta a tierra se logra mediante blindajes de

todo tipo conectados a una referencia cero que

puede ser el planeta tierra Tambieacuten tiene el

propoacutesito de evitar la destruccioacuten de los elementos

semiconductores por un incremento en el voltaje Se

colocan dispositivos de proteccioacuten conectados entre

los conductores activos y la referencia cero

b) Puesta a tierra de proteccioacuten atmosfeacuterica

Sirve para canalizar la energiacutea de las descargas

atmosfeacutericas a tierra sin mayores dantildeos a personas

y propiedades Esta proteccioacuten se logra con una

malla metaacutelica igualadora de potencial conectada al

planeta tierra que cubre los equipos o edificios a

proteger

27

c) Puesta a tierra de proteccioacuten electrostaacutetica

La finalidad de esta proteccioacuten es neutralizar las

cargas electrostaacuteticas producidas en los materiales

dieleacutectricos Se logra uniendo todas las partes

metaacutelicas y dieleacutectricas utilizando el planeta tierra

como referencia de voltaje cero

En la figura siguiente se observa un sistema de

puesta a tierra simple formado por un electrodo un

conductor eleacutectrico y su respectivo conector

FIGURA Ndeg 01 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SIMPLE

2212 ANILLO - PUESTA A TIERRA

Se la define como el ldquoconjunto de conductores eleacutectricos

conectados en forma horizontal o vertical uniformemente

espaciados incluyendo electrodos de puesta a tierra

enterrados en forma vertical que se ubican en el interior

del suelordquo

28

El anillo de puesta a tierra en subestaciones eleacutectricas

tiene una gran aacuterea de instalacioacuten ubicaacutendose en el suelo

del patio de maniobras y es recubierta con ripio (piedra en

pequentildeos pedazos)

Los conductores estaacuten soldados comuacutenmente con suelda

exoteacutermica e instalada a una profundidad no mayor de 70

cm

a) Caracteriacutesticas baacutesicas de un Anillo de puesta a

tierra

Las puestas a tierra deben estar constituidas por

materiales y elementos que permitan un correcto

funcionamiento a lo largo de su expectativa de vida uacutetil

a un costo razonable

Las caracteriacutesticas baacutesicas son

Baja resistencia y una distribucioacuten de voltaje de

superficie razonable

Buena capacidad conductora

Larga durabilidad

Los componentes baacutesicos de un Anillo de puesta a

tierra son

29

Conductor de puesta a tierra

El propoacutesito principal es conducir la energiacutea eleacutectrica

de falla de la subestacioacuten hacia tierra los materiales

usuales de construccioacuten son de aluminio o cobre

El aluminio por sus caracteriacutesticas tiene una menor

conductividad eleacutectrica produciendo mayores

peacuterdidas pero tiene un costo relativamente bajo El

cobre es un mejor conductor que el aluminio sin

embargo el costo es mucho mayor

Varilla o jabalina de puesta a tierra

Generalmente se las denomina como jabalinas

varillas o electrodo vertical de puesta a tierra

usualmente en las instalaciones de puesta a tierra

se las coloca en forma verticalperpendicular a la

superficie soldados con el conductor horizontal de

puesta a tierra en los veacutertices dependiendo de la

configuracioacuten de la Anillo

b) Configuracioacuten del Anillo de puesta a tierra

En la implementacioacuten de la malla de tierra se toma en

consideracioacuten el espacio fiacutesico disponible y los

requerimientos eleacutectricos

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

21

Cuando se propone realizar la instalacioacuten de puesta a tierra de

inmediato pensamos en una varilla o una malla de metal conductora

enterrada en nuestras instalaciones y que tiene el fin de confinar y

dispersar en el terreno subyacente descargas fortuitas asumiendo

su ldquoeliminacioacutenrdquo sin embargo esto es incorrecto ya que se ha

demostrado que en estos puntos existen diferencias de potencial

valores que un determinado momento se podriacutea comparar con el

potencial necesario con el que trabajan los aparatos

electrodomeacutesticos Se ha comprobado que en la mayoriacutea de las

fallas de los sistemas en baja tensioacuten sobre todo en donde estaacuten

sistemas de coacutemputo que las fallas se deben a una mala conexioacuten

del conductor de puesta a tierra

Por otro lado se sabe que el globo terraacutequeo es considerado con

potencial cero no obstante el material que la compone puede tener

una resistividad eleacutectrica muy alta asiacute que para obtener un valor

adecuado se debe hacer un estudio que nos indique que el valor

seleccionado estaacute dentro de lo permitido

La resistividad es la caracteriacutestica del terreno de oponer resistencia

al paso de la corriente eleacutectrica en un metro cuacutebico Este teacutermino se

refiere al valor que existe entre el electrodo de la toma de tierra que

se desea considerar y otro electrodo lejano de resistencia cero este

valor puede variar dentro de un rango muy amplio ya que depende

del tipo de material que tenga el suelo del contenido de humedad

variaciones estacionales etc

22

Por mencionar un ejemplo una conexioacuten soacutelida a tierra facilita de

manera importante la operacioacuten de los dispositivos de proteccioacuten

contra sobretensiones ya que estos equipos como pararrayos

apartarrayos hilo de guarda cuernos de arqueo etc necesitan de

una conexioacuten a tierra para su correcta ejecucioacuten

Un sistema de puesta a tierra es un conjunto de conductores

eleacutectricos (cables y electrodos) directamente enterrados en el suelo

y distribuidos a traveacutes de una instalacioacuten expresamente disentildeada

para soportar corrientes excepcionales en caso de corto circuito o

descarga atmosfeacuterica entre otras eventualidades A este sistema se

conectan todos y cada uno de los elementos de la instalacioacuten que

requieran ser puestos a tierra tales como los neutros tanques y

carcasas de los equipos los cables de guarda las estructuras

metaacutelicas y todas aquellas partes metaacutelicas que deben estar a

potencial de tierra logrando los siguientes objetivos

Proveer un medio seguro para proteger al personal

Proporcionar un circuito de muy baja impedancia para la

circulacioacuten de las corrientes a tierra

Proveer un medio para disipar las corrientes eleacutectricas

indeseables Facilitar la operacioacuten de los dispositivos de

proteccioacuten

Proveer un medio de descarga y desenergizacioacuten de equipos

antes de proceder a las tareas de mantenimiento

23

Dar mayor confiabilidad y seguridad al servicio eleacutectrico

Disipar la corriente asociada a las descargas atmosfeacutericas

limitando las sobretensiones generadas

Limitar la elevacioacuten de potencial de la red a valores aceptables

cuando ocurre una falla a tierra

Establecimiento y permanencia de un potencial de referencia

2211 CLASIFICACIOacuteN DE LOS SISTEMAS PUESTA A

TIERRA

Los sistemas de puesta a tierra se clasifican en dos

grandes grupos

a) De acuerdo a su naturaleza

Esta clasificacioacuten se refiere a la naturaleza dicotoacutemica

de los sistemas de puesta a tierra y se divide en dos

secciones

Instalacioacuten artificial de puesta a tierra

Son aquellas que se construyen especiacuteficamente

para tal fin utilizando las diversas clases de

electrodos

Instalacioacuten natural de puesta a tierra

Son en realidad elementos de otros sistemas

teacutecnicos (liacuteneas de tuberiacuteas metaacutelicas o cimientos de

estructuras metaacutelicas) que se encuentren dentro del

aacutembito de la instalacioacuten que se desea proteger yo

en su proximidad

24

b) De acuerdo a su aplicacioacuten

Se refiere en otras palabras a las que distingue las

instalaciones de puesta a tierra de acuerdo a su

funcionalidad y constan de tres secciones importantes

Sistemas de puesta a tierra de proteccioacuten

Tienen la misioacuten de limitar el valor de la tensioacuten

contra tierra de aqueacutellas partes del sistema eleacutectrico

que no deben ser mantenidas ni en tensioacuten ni

aisladas y con las cuales puede tener contacto el

personal

Es indispensable para asegurar que durante el

traspaso de corriente a tierra no dantildeen a los seres

vivos que estuviesen dentro del sistema de tierra o

en su proximidad en esos momentos

Sistemas de puesta a tierra de funcionamiento

Se aplica para satisfacer ciertas condiciones del

servicio del sistema teacutecnico en cuestioacuten es decir

sirven para poner a tierra por necesidad de

funcionamiento a determinados puntos del circuito

eleacutectrico tales como neutro de generadores y

transformadores aparatos para la conexioacuten de la

tensioacuten contra tierra apartarrayos etc

25

Sistemas de puesta a tierra de trabajo

Estos sistemas son realizados con caraacutecter

provisional efectuados para poner a tierra parte de

la instalacioacuten eleacutectrica normalmente en tensioacuten a

los cuales se debe llegar para efectuar un trabajo o

reparacioacuten tales como cuchillas de seccionadores

etc

Existen diferentes dispositivos o partes del sistema con

un fin determinado pero cada uno tiene diferente

propoacutesito no es lo mismo la puesta a tierra contra

descargas atmosfeacutericas que la puesta a tierra para

cargas electrostaacuteticas

Por tal motivo es necesario hacer una clasificacioacuten

secundaria de los sistemas de puesta a tierra de

acuerdo a su propoacutesito esto es

Puesta a tierra de los sistemas eleacutectricos

Esta clasificacioacuten tiene el propoacutesito de limitar

cualquier voltaje elevado que pueda resultar de

descargas atmosfeacutericas fenoacutemenos de induccioacuten o

de contactos no intencionales con cables de voltajes

maacutes altos

26

Se logra uniendo mediante un conductor apropiado

a la corriente de falla a tierra total del sistema una

parte del sistema eleacutectrico al planeta tierra

a) Puesta a tierra en sentildeales electroacutenicas

Su propoacutesito es evitar la contaminacioacuten de sentildeales

con frecuencias diferentes a las deseadas

La puesta a tierra se logra mediante blindajes de

todo tipo conectados a una referencia cero que

puede ser el planeta tierra Tambieacuten tiene el

propoacutesito de evitar la destruccioacuten de los elementos

semiconductores por un incremento en el voltaje Se

colocan dispositivos de proteccioacuten conectados entre

los conductores activos y la referencia cero

b) Puesta a tierra de proteccioacuten atmosfeacuterica

Sirve para canalizar la energiacutea de las descargas

atmosfeacutericas a tierra sin mayores dantildeos a personas

y propiedades Esta proteccioacuten se logra con una

malla metaacutelica igualadora de potencial conectada al

planeta tierra que cubre los equipos o edificios a

proteger

27

c) Puesta a tierra de proteccioacuten electrostaacutetica

La finalidad de esta proteccioacuten es neutralizar las

cargas electrostaacuteticas producidas en los materiales

dieleacutectricos Se logra uniendo todas las partes

metaacutelicas y dieleacutectricas utilizando el planeta tierra

como referencia de voltaje cero

En la figura siguiente se observa un sistema de

puesta a tierra simple formado por un electrodo un

conductor eleacutectrico y su respectivo conector

FIGURA Ndeg 01 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SIMPLE

2212 ANILLO - PUESTA A TIERRA

Se la define como el ldquoconjunto de conductores eleacutectricos

conectados en forma horizontal o vertical uniformemente

espaciados incluyendo electrodos de puesta a tierra

enterrados en forma vertical que se ubican en el interior

del suelordquo

28

El anillo de puesta a tierra en subestaciones eleacutectricas

tiene una gran aacuterea de instalacioacuten ubicaacutendose en el suelo

del patio de maniobras y es recubierta con ripio (piedra en

pequentildeos pedazos)

Los conductores estaacuten soldados comuacutenmente con suelda

exoteacutermica e instalada a una profundidad no mayor de 70

cm

a) Caracteriacutesticas baacutesicas de un Anillo de puesta a

tierra

Las puestas a tierra deben estar constituidas por

materiales y elementos que permitan un correcto

funcionamiento a lo largo de su expectativa de vida uacutetil

a un costo razonable

Las caracteriacutesticas baacutesicas son

Baja resistencia y una distribucioacuten de voltaje de

superficie razonable

Buena capacidad conductora

Larga durabilidad

Los componentes baacutesicos de un Anillo de puesta a

tierra son

29

Conductor de puesta a tierra

El propoacutesito principal es conducir la energiacutea eleacutectrica

de falla de la subestacioacuten hacia tierra los materiales

usuales de construccioacuten son de aluminio o cobre

El aluminio por sus caracteriacutesticas tiene una menor

conductividad eleacutectrica produciendo mayores

peacuterdidas pero tiene un costo relativamente bajo El

cobre es un mejor conductor que el aluminio sin

embargo el costo es mucho mayor

Varilla o jabalina de puesta a tierra

Generalmente se las denomina como jabalinas

varillas o electrodo vertical de puesta a tierra

usualmente en las instalaciones de puesta a tierra

se las coloca en forma verticalperpendicular a la

superficie soldados con el conductor horizontal de

puesta a tierra en los veacutertices dependiendo de la

configuracioacuten de la Anillo

b) Configuracioacuten del Anillo de puesta a tierra

En la implementacioacuten de la malla de tierra se toma en

consideracioacuten el espacio fiacutesico disponible y los

requerimientos eleacutectricos

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

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3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

22

Por mencionar un ejemplo una conexioacuten soacutelida a tierra facilita de

manera importante la operacioacuten de los dispositivos de proteccioacuten

contra sobretensiones ya que estos equipos como pararrayos

apartarrayos hilo de guarda cuernos de arqueo etc necesitan de

una conexioacuten a tierra para su correcta ejecucioacuten

Un sistema de puesta a tierra es un conjunto de conductores

eleacutectricos (cables y electrodos) directamente enterrados en el suelo

y distribuidos a traveacutes de una instalacioacuten expresamente disentildeada

para soportar corrientes excepcionales en caso de corto circuito o

descarga atmosfeacuterica entre otras eventualidades A este sistema se

conectan todos y cada uno de los elementos de la instalacioacuten que

requieran ser puestos a tierra tales como los neutros tanques y

carcasas de los equipos los cables de guarda las estructuras

metaacutelicas y todas aquellas partes metaacutelicas que deben estar a

potencial de tierra logrando los siguientes objetivos

Proveer un medio seguro para proteger al personal

Proporcionar un circuito de muy baja impedancia para la

circulacioacuten de las corrientes a tierra

Proveer un medio para disipar las corrientes eleacutectricas

indeseables Facilitar la operacioacuten de los dispositivos de

proteccioacuten

Proveer un medio de descarga y desenergizacioacuten de equipos

antes de proceder a las tareas de mantenimiento

23

Dar mayor confiabilidad y seguridad al servicio eleacutectrico

Disipar la corriente asociada a las descargas atmosfeacutericas

limitando las sobretensiones generadas

Limitar la elevacioacuten de potencial de la red a valores aceptables

cuando ocurre una falla a tierra

Establecimiento y permanencia de un potencial de referencia

2211 CLASIFICACIOacuteN DE LOS SISTEMAS PUESTA A

TIERRA

Los sistemas de puesta a tierra se clasifican en dos

grandes grupos

a) De acuerdo a su naturaleza

Esta clasificacioacuten se refiere a la naturaleza dicotoacutemica

de los sistemas de puesta a tierra y se divide en dos

secciones

Instalacioacuten artificial de puesta a tierra

Son aquellas que se construyen especiacuteficamente

para tal fin utilizando las diversas clases de

electrodos

Instalacioacuten natural de puesta a tierra

Son en realidad elementos de otros sistemas

teacutecnicos (liacuteneas de tuberiacuteas metaacutelicas o cimientos de

estructuras metaacutelicas) que se encuentren dentro del

aacutembito de la instalacioacuten que se desea proteger yo

en su proximidad

24

b) De acuerdo a su aplicacioacuten

Se refiere en otras palabras a las que distingue las

instalaciones de puesta a tierra de acuerdo a su

funcionalidad y constan de tres secciones importantes

Sistemas de puesta a tierra de proteccioacuten

Tienen la misioacuten de limitar el valor de la tensioacuten

contra tierra de aqueacutellas partes del sistema eleacutectrico

que no deben ser mantenidas ni en tensioacuten ni

aisladas y con las cuales puede tener contacto el

personal

Es indispensable para asegurar que durante el

traspaso de corriente a tierra no dantildeen a los seres

vivos que estuviesen dentro del sistema de tierra o

en su proximidad en esos momentos

Sistemas de puesta a tierra de funcionamiento

Se aplica para satisfacer ciertas condiciones del

servicio del sistema teacutecnico en cuestioacuten es decir

sirven para poner a tierra por necesidad de

funcionamiento a determinados puntos del circuito

eleacutectrico tales como neutro de generadores y

transformadores aparatos para la conexioacuten de la

tensioacuten contra tierra apartarrayos etc

25

Sistemas de puesta a tierra de trabajo

Estos sistemas son realizados con caraacutecter

provisional efectuados para poner a tierra parte de

la instalacioacuten eleacutectrica normalmente en tensioacuten a

los cuales se debe llegar para efectuar un trabajo o

reparacioacuten tales como cuchillas de seccionadores

etc

Existen diferentes dispositivos o partes del sistema con

un fin determinado pero cada uno tiene diferente

propoacutesito no es lo mismo la puesta a tierra contra

descargas atmosfeacutericas que la puesta a tierra para

cargas electrostaacuteticas

Por tal motivo es necesario hacer una clasificacioacuten

secundaria de los sistemas de puesta a tierra de

acuerdo a su propoacutesito esto es

Puesta a tierra de los sistemas eleacutectricos

Esta clasificacioacuten tiene el propoacutesito de limitar

cualquier voltaje elevado que pueda resultar de

descargas atmosfeacutericas fenoacutemenos de induccioacuten o

de contactos no intencionales con cables de voltajes

maacutes altos

26

Se logra uniendo mediante un conductor apropiado

a la corriente de falla a tierra total del sistema una

parte del sistema eleacutectrico al planeta tierra

a) Puesta a tierra en sentildeales electroacutenicas

Su propoacutesito es evitar la contaminacioacuten de sentildeales

con frecuencias diferentes a las deseadas

La puesta a tierra se logra mediante blindajes de

todo tipo conectados a una referencia cero que

puede ser el planeta tierra Tambieacuten tiene el

propoacutesito de evitar la destruccioacuten de los elementos

semiconductores por un incremento en el voltaje Se

colocan dispositivos de proteccioacuten conectados entre

los conductores activos y la referencia cero

b) Puesta a tierra de proteccioacuten atmosfeacuterica

Sirve para canalizar la energiacutea de las descargas

atmosfeacutericas a tierra sin mayores dantildeos a personas

y propiedades Esta proteccioacuten se logra con una

malla metaacutelica igualadora de potencial conectada al

planeta tierra que cubre los equipos o edificios a

proteger

27

c) Puesta a tierra de proteccioacuten electrostaacutetica

La finalidad de esta proteccioacuten es neutralizar las

cargas electrostaacuteticas producidas en los materiales

dieleacutectricos Se logra uniendo todas las partes

metaacutelicas y dieleacutectricas utilizando el planeta tierra

como referencia de voltaje cero

En la figura siguiente se observa un sistema de

puesta a tierra simple formado por un electrodo un

conductor eleacutectrico y su respectivo conector

FIGURA Ndeg 01 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SIMPLE

2212 ANILLO - PUESTA A TIERRA

Se la define como el ldquoconjunto de conductores eleacutectricos

conectados en forma horizontal o vertical uniformemente

espaciados incluyendo electrodos de puesta a tierra

enterrados en forma vertical que se ubican en el interior

del suelordquo

28

El anillo de puesta a tierra en subestaciones eleacutectricas

tiene una gran aacuterea de instalacioacuten ubicaacutendose en el suelo

del patio de maniobras y es recubierta con ripio (piedra en

pequentildeos pedazos)

Los conductores estaacuten soldados comuacutenmente con suelda

exoteacutermica e instalada a una profundidad no mayor de 70

cm

a) Caracteriacutesticas baacutesicas de un Anillo de puesta a

tierra

Las puestas a tierra deben estar constituidas por

materiales y elementos que permitan un correcto

funcionamiento a lo largo de su expectativa de vida uacutetil

a un costo razonable

Las caracteriacutesticas baacutesicas son

Baja resistencia y una distribucioacuten de voltaje de

superficie razonable

Buena capacidad conductora

Larga durabilidad

Los componentes baacutesicos de un Anillo de puesta a

tierra son

29

Conductor de puesta a tierra

El propoacutesito principal es conducir la energiacutea eleacutectrica

de falla de la subestacioacuten hacia tierra los materiales

usuales de construccioacuten son de aluminio o cobre

El aluminio por sus caracteriacutesticas tiene una menor

conductividad eleacutectrica produciendo mayores

peacuterdidas pero tiene un costo relativamente bajo El

cobre es un mejor conductor que el aluminio sin

embargo el costo es mucho mayor

Varilla o jabalina de puesta a tierra

Generalmente se las denomina como jabalinas

varillas o electrodo vertical de puesta a tierra

usualmente en las instalaciones de puesta a tierra

se las coloca en forma verticalperpendicular a la

superficie soldados con el conductor horizontal de

puesta a tierra en los veacutertices dependiendo de la

configuracioacuten de la Anillo

b) Configuracioacuten del Anillo de puesta a tierra

En la implementacioacuten de la malla de tierra se toma en

consideracioacuten el espacio fiacutesico disponible y los

requerimientos eleacutectricos

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

23

Dar mayor confiabilidad y seguridad al servicio eleacutectrico

Disipar la corriente asociada a las descargas atmosfeacutericas

limitando las sobretensiones generadas

Limitar la elevacioacuten de potencial de la red a valores aceptables

cuando ocurre una falla a tierra

Establecimiento y permanencia de un potencial de referencia

2211 CLASIFICACIOacuteN DE LOS SISTEMAS PUESTA A

TIERRA

Los sistemas de puesta a tierra se clasifican en dos

grandes grupos

a) De acuerdo a su naturaleza

Esta clasificacioacuten se refiere a la naturaleza dicotoacutemica

de los sistemas de puesta a tierra y se divide en dos

secciones

Instalacioacuten artificial de puesta a tierra

Son aquellas que se construyen especiacuteficamente

para tal fin utilizando las diversas clases de

electrodos

Instalacioacuten natural de puesta a tierra

Son en realidad elementos de otros sistemas

teacutecnicos (liacuteneas de tuberiacuteas metaacutelicas o cimientos de

estructuras metaacutelicas) que se encuentren dentro del

aacutembito de la instalacioacuten que se desea proteger yo

en su proximidad

24

b) De acuerdo a su aplicacioacuten

Se refiere en otras palabras a las que distingue las

instalaciones de puesta a tierra de acuerdo a su

funcionalidad y constan de tres secciones importantes

Sistemas de puesta a tierra de proteccioacuten

Tienen la misioacuten de limitar el valor de la tensioacuten

contra tierra de aqueacutellas partes del sistema eleacutectrico

que no deben ser mantenidas ni en tensioacuten ni

aisladas y con las cuales puede tener contacto el

personal

Es indispensable para asegurar que durante el

traspaso de corriente a tierra no dantildeen a los seres

vivos que estuviesen dentro del sistema de tierra o

en su proximidad en esos momentos

Sistemas de puesta a tierra de funcionamiento

Se aplica para satisfacer ciertas condiciones del

servicio del sistema teacutecnico en cuestioacuten es decir

sirven para poner a tierra por necesidad de

funcionamiento a determinados puntos del circuito

eleacutectrico tales como neutro de generadores y

transformadores aparatos para la conexioacuten de la

tensioacuten contra tierra apartarrayos etc

25

Sistemas de puesta a tierra de trabajo

Estos sistemas son realizados con caraacutecter

provisional efectuados para poner a tierra parte de

la instalacioacuten eleacutectrica normalmente en tensioacuten a

los cuales se debe llegar para efectuar un trabajo o

reparacioacuten tales como cuchillas de seccionadores

etc

Existen diferentes dispositivos o partes del sistema con

un fin determinado pero cada uno tiene diferente

propoacutesito no es lo mismo la puesta a tierra contra

descargas atmosfeacutericas que la puesta a tierra para

cargas electrostaacuteticas

Por tal motivo es necesario hacer una clasificacioacuten

secundaria de los sistemas de puesta a tierra de

acuerdo a su propoacutesito esto es

Puesta a tierra de los sistemas eleacutectricos

Esta clasificacioacuten tiene el propoacutesito de limitar

cualquier voltaje elevado que pueda resultar de

descargas atmosfeacutericas fenoacutemenos de induccioacuten o

de contactos no intencionales con cables de voltajes

maacutes altos

26

Se logra uniendo mediante un conductor apropiado

a la corriente de falla a tierra total del sistema una

parte del sistema eleacutectrico al planeta tierra

a) Puesta a tierra en sentildeales electroacutenicas

Su propoacutesito es evitar la contaminacioacuten de sentildeales

con frecuencias diferentes a las deseadas

La puesta a tierra se logra mediante blindajes de

todo tipo conectados a una referencia cero que

puede ser el planeta tierra Tambieacuten tiene el

propoacutesito de evitar la destruccioacuten de los elementos

semiconductores por un incremento en el voltaje Se

colocan dispositivos de proteccioacuten conectados entre

los conductores activos y la referencia cero

b) Puesta a tierra de proteccioacuten atmosfeacuterica

Sirve para canalizar la energiacutea de las descargas

atmosfeacutericas a tierra sin mayores dantildeos a personas

y propiedades Esta proteccioacuten se logra con una

malla metaacutelica igualadora de potencial conectada al

planeta tierra que cubre los equipos o edificios a

proteger

27

c) Puesta a tierra de proteccioacuten electrostaacutetica

La finalidad de esta proteccioacuten es neutralizar las

cargas electrostaacuteticas producidas en los materiales

dieleacutectricos Se logra uniendo todas las partes

metaacutelicas y dieleacutectricas utilizando el planeta tierra

como referencia de voltaje cero

En la figura siguiente se observa un sistema de

puesta a tierra simple formado por un electrodo un

conductor eleacutectrico y su respectivo conector

FIGURA Ndeg 01 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SIMPLE

2212 ANILLO - PUESTA A TIERRA

Se la define como el ldquoconjunto de conductores eleacutectricos

conectados en forma horizontal o vertical uniformemente

espaciados incluyendo electrodos de puesta a tierra

enterrados en forma vertical que se ubican en el interior

del suelordquo

28

El anillo de puesta a tierra en subestaciones eleacutectricas

tiene una gran aacuterea de instalacioacuten ubicaacutendose en el suelo

del patio de maniobras y es recubierta con ripio (piedra en

pequentildeos pedazos)

Los conductores estaacuten soldados comuacutenmente con suelda

exoteacutermica e instalada a una profundidad no mayor de 70

cm

a) Caracteriacutesticas baacutesicas de un Anillo de puesta a

tierra

Las puestas a tierra deben estar constituidas por

materiales y elementos que permitan un correcto

funcionamiento a lo largo de su expectativa de vida uacutetil

a un costo razonable

Las caracteriacutesticas baacutesicas son

Baja resistencia y una distribucioacuten de voltaje de

superficie razonable

Buena capacidad conductora

Larga durabilidad

Los componentes baacutesicos de un Anillo de puesta a

tierra son

29

Conductor de puesta a tierra

El propoacutesito principal es conducir la energiacutea eleacutectrica

de falla de la subestacioacuten hacia tierra los materiales

usuales de construccioacuten son de aluminio o cobre

El aluminio por sus caracteriacutesticas tiene una menor

conductividad eleacutectrica produciendo mayores

peacuterdidas pero tiene un costo relativamente bajo El

cobre es un mejor conductor que el aluminio sin

embargo el costo es mucho mayor

Varilla o jabalina de puesta a tierra

Generalmente se las denomina como jabalinas

varillas o electrodo vertical de puesta a tierra

usualmente en las instalaciones de puesta a tierra

se las coloca en forma verticalperpendicular a la

superficie soldados con el conductor horizontal de

puesta a tierra en los veacutertices dependiendo de la

configuracioacuten de la Anillo

b) Configuracioacuten del Anillo de puesta a tierra

En la implementacioacuten de la malla de tierra se toma en

consideracioacuten el espacio fiacutesico disponible y los

requerimientos eleacutectricos

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

24

b) De acuerdo a su aplicacioacuten

Se refiere en otras palabras a las que distingue las

instalaciones de puesta a tierra de acuerdo a su

funcionalidad y constan de tres secciones importantes

Sistemas de puesta a tierra de proteccioacuten

Tienen la misioacuten de limitar el valor de la tensioacuten

contra tierra de aqueacutellas partes del sistema eleacutectrico

que no deben ser mantenidas ni en tensioacuten ni

aisladas y con las cuales puede tener contacto el

personal

Es indispensable para asegurar que durante el

traspaso de corriente a tierra no dantildeen a los seres

vivos que estuviesen dentro del sistema de tierra o

en su proximidad en esos momentos

Sistemas de puesta a tierra de funcionamiento

Se aplica para satisfacer ciertas condiciones del

servicio del sistema teacutecnico en cuestioacuten es decir

sirven para poner a tierra por necesidad de

funcionamiento a determinados puntos del circuito

eleacutectrico tales como neutro de generadores y

transformadores aparatos para la conexioacuten de la

tensioacuten contra tierra apartarrayos etc

25

Sistemas de puesta a tierra de trabajo

Estos sistemas son realizados con caraacutecter

provisional efectuados para poner a tierra parte de

la instalacioacuten eleacutectrica normalmente en tensioacuten a

los cuales se debe llegar para efectuar un trabajo o

reparacioacuten tales como cuchillas de seccionadores

etc

Existen diferentes dispositivos o partes del sistema con

un fin determinado pero cada uno tiene diferente

propoacutesito no es lo mismo la puesta a tierra contra

descargas atmosfeacutericas que la puesta a tierra para

cargas electrostaacuteticas

Por tal motivo es necesario hacer una clasificacioacuten

secundaria de los sistemas de puesta a tierra de

acuerdo a su propoacutesito esto es

Puesta a tierra de los sistemas eleacutectricos

Esta clasificacioacuten tiene el propoacutesito de limitar

cualquier voltaje elevado que pueda resultar de

descargas atmosfeacutericas fenoacutemenos de induccioacuten o

de contactos no intencionales con cables de voltajes

maacutes altos

26

Se logra uniendo mediante un conductor apropiado

a la corriente de falla a tierra total del sistema una

parte del sistema eleacutectrico al planeta tierra

a) Puesta a tierra en sentildeales electroacutenicas

Su propoacutesito es evitar la contaminacioacuten de sentildeales

con frecuencias diferentes a las deseadas

La puesta a tierra se logra mediante blindajes de

todo tipo conectados a una referencia cero que

puede ser el planeta tierra Tambieacuten tiene el

propoacutesito de evitar la destruccioacuten de los elementos

semiconductores por un incremento en el voltaje Se

colocan dispositivos de proteccioacuten conectados entre

los conductores activos y la referencia cero

b) Puesta a tierra de proteccioacuten atmosfeacuterica

Sirve para canalizar la energiacutea de las descargas

atmosfeacutericas a tierra sin mayores dantildeos a personas

y propiedades Esta proteccioacuten se logra con una

malla metaacutelica igualadora de potencial conectada al

planeta tierra que cubre los equipos o edificios a

proteger

27

c) Puesta a tierra de proteccioacuten electrostaacutetica

La finalidad de esta proteccioacuten es neutralizar las

cargas electrostaacuteticas producidas en los materiales

dieleacutectricos Se logra uniendo todas las partes

metaacutelicas y dieleacutectricas utilizando el planeta tierra

como referencia de voltaje cero

En la figura siguiente se observa un sistema de

puesta a tierra simple formado por un electrodo un

conductor eleacutectrico y su respectivo conector

FIGURA Ndeg 01 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SIMPLE

2212 ANILLO - PUESTA A TIERRA

Se la define como el ldquoconjunto de conductores eleacutectricos

conectados en forma horizontal o vertical uniformemente

espaciados incluyendo electrodos de puesta a tierra

enterrados en forma vertical que se ubican en el interior

del suelordquo

28

El anillo de puesta a tierra en subestaciones eleacutectricas

tiene una gran aacuterea de instalacioacuten ubicaacutendose en el suelo

del patio de maniobras y es recubierta con ripio (piedra en

pequentildeos pedazos)

Los conductores estaacuten soldados comuacutenmente con suelda

exoteacutermica e instalada a una profundidad no mayor de 70

cm

a) Caracteriacutesticas baacutesicas de un Anillo de puesta a

tierra

Las puestas a tierra deben estar constituidas por

materiales y elementos que permitan un correcto

funcionamiento a lo largo de su expectativa de vida uacutetil

a un costo razonable

Las caracteriacutesticas baacutesicas son

Baja resistencia y una distribucioacuten de voltaje de

superficie razonable

Buena capacidad conductora

Larga durabilidad

Los componentes baacutesicos de un Anillo de puesta a

tierra son

29

Conductor de puesta a tierra

El propoacutesito principal es conducir la energiacutea eleacutectrica

de falla de la subestacioacuten hacia tierra los materiales

usuales de construccioacuten son de aluminio o cobre

El aluminio por sus caracteriacutesticas tiene una menor

conductividad eleacutectrica produciendo mayores

peacuterdidas pero tiene un costo relativamente bajo El

cobre es un mejor conductor que el aluminio sin

embargo el costo es mucho mayor

Varilla o jabalina de puesta a tierra

Generalmente se las denomina como jabalinas

varillas o electrodo vertical de puesta a tierra

usualmente en las instalaciones de puesta a tierra

se las coloca en forma verticalperpendicular a la

superficie soldados con el conductor horizontal de

puesta a tierra en los veacutertices dependiendo de la

configuracioacuten de la Anillo

b) Configuracioacuten del Anillo de puesta a tierra

En la implementacioacuten de la malla de tierra se toma en

consideracioacuten el espacio fiacutesico disponible y los

requerimientos eleacutectricos

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

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3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

25

Sistemas de puesta a tierra de trabajo

Estos sistemas son realizados con caraacutecter

provisional efectuados para poner a tierra parte de

la instalacioacuten eleacutectrica normalmente en tensioacuten a

los cuales se debe llegar para efectuar un trabajo o

reparacioacuten tales como cuchillas de seccionadores

etc

Existen diferentes dispositivos o partes del sistema con

un fin determinado pero cada uno tiene diferente

propoacutesito no es lo mismo la puesta a tierra contra

descargas atmosfeacutericas que la puesta a tierra para

cargas electrostaacuteticas

Por tal motivo es necesario hacer una clasificacioacuten

secundaria de los sistemas de puesta a tierra de

acuerdo a su propoacutesito esto es

Puesta a tierra de los sistemas eleacutectricos

Esta clasificacioacuten tiene el propoacutesito de limitar

cualquier voltaje elevado que pueda resultar de

descargas atmosfeacutericas fenoacutemenos de induccioacuten o

de contactos no intencionales con cables de voltajes

maacutes altos

26

Se logra uniendo mediante un conductor apropiado

a la corriente de falla a tierra total del sistema una

parte del sistema eleacutectrico al planeta tierra

a) Puesta a tierra en sentildeales electroacutenicas

Su propoacutesito es evitar la contaminacioacuten de sentildeales

con frecuencias diferentes a las deseadas

La puesta a tierra se logra mediante blindajes de

todo tipo conectados a una referencia cero que

puede ser el planeta tierra Tambieacuten tiene el

propoacutesito de evitar la destruccioacuten de los elementos

semiconductores por un incremento en el voltaje Se

colocan dispositivos de proteccioacuten conectados entre

los conductores activos y la referencia cero

b) Puesta a tierra de proteccioacuten atmosfeacuterica

Sirve para canalizar la energiacutea de las descargas

atmosfeacutericas a tierra sin mayores dantildeos a personas

y propiedades Esta proteccioacuten se logra con una

malla metaacutelica igualadora de potencial conectada al

planeta tierra que cubre los equipos o edificios a

proteger

27

c) Puesta a tierra de proteccioacuten electrostaacutetica

La finalidad de esta proteccioacuten es neutralizar las

cargas electrostaacuteticas producidas en los materiales

dieleacutectricos Se logra uniendo todas las partes

metaacutelicas y dieleacutectricas utilizando el planeta tierra

como referencia de voltaje cero

En la figura siguiente se observa un sistema de

puesta a tierra simple formado por un electrodo un

conductor eleacutectrico y su respectivo conector

FIGURA Ndeg 01 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SIMPLE

2212 ANILLO - PUESTA A TIERRA

Se la define como el ldquoconjunto de conductores eleacutectricos

conectados en forma horizontal o vertical uniformemente

espaciados incluyendo electrodos de puesta a tierra

enterrados en forma vertical que se ubican en el interior

del suelordquo

28

El anillo de puesta a tierra en subestaciones eleacutectricas

tiene una gran aacuterea de instalacioacuten ubicaacutendose en el suelo

del patio de maniobras y es recubierta con ripio (piedra en

pequentildeos pedazos)

Los conductores estaacuten soldados comuacutenmente con suelda

exoteacutermica e instalada a una profundidad no mayor de 70

cm

a) Caracteriacutesticas baacutesicas de un Anillo de puesta a

tierra

Las puestas a tierra deben estar constituidas por

materiales y elementos que permitan un correcto

funcionamiento a lo largo de su expectativa de vida uacutetil

a un costo razonable

Las caracteriacutesticas baacutesicas son

Baja resistencia y una distribucioacuten de voltaje de

superficie razonable

Buena capacidad conductora

Larga durabilidad

Los componentes baacutesicos de un Anillo de puesta a

tierra son

29

Conductor de puesta a tierra

El propoacutesito principal es conducir la energiacutea eleacutectrica

de falla de la subestacioacuten hacia tierra los materiales

usuales de construccioacuten son de aluminio o cobre

El aluminio por sus caracteriacutesticas tiene una menor

conductividad eleacutectrica produciendo mayores

peacuterdidas pero tiene un costo relativamente bajo El

cobre es un mejor conductor que el aluminio sin

embargo el costo es mucho mayor

Varilla o jabalina de puesta a tierra

Generalmente se las denomina como jabalinas

varillas o electrodo vertical de puesta a tierra

usualmente en las instalaciones de puesta a tierra

se las coloca en forma verticalperpendicular a la

superficie soldados con el conductor horizontal de

puesta a tierra en los veacutertices dependiendo de la

configuracioacuten de la Anillo

b) Configuracioacuten del Anillo de puesta a tierra

En la implementacioacuten de la malla de tierra se toma en

consideracioacuten el espacio fiacutesico disponible y los

requerimientos eleacutectricos

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

26

Se logra uniendo mediante un conductor apropiado

a la corriente de falla a tierra total del sistema una

parte del sistema eleacutectrico al planeta tierra

a) Puesta a tierra en sentildeales electroacutenicas

Su propoacutesito es evitar la contaminacioacuten de sentildeales

con frecuencias diferentes a las deseadas

La puesta a tierra se logra mediante blindajes de

todo tipo conectados a una referencia cero que

puede ser el planeta tierra Tambieacuten tiene el

propoacutesito de evitar la destruccioacuten de los elementos

semiconductores por un incremento en el voltaje Se

colocan dispositivos de proteccioacuten conectados entre

los conductores activos y la referencia cero

b) Puesta a tierra de proteccioacuten atmosfeacuterica

Sirve para canalizar la energiacutea de las descargas

atmosfeacutericas a tierra sin mayores dantildeos a personas

y propiedades Esta proteccioacuten se logra con una

malla metaacutelica igualadora de potencial conectada al

planeta tierra que cubre los equipos o edificios a

proteger

27

c) Puesta a tierra de proteccioacuten electrostaacutetica

La finalidad de esta proteccioacuten es neutralizar las

cargas electrostaacuteticas producidas en los materiales

dieleacutectricos Se logra uniendo todas las partes

metaacutelicas y dieleacutectricas utilizando el planeta tierra

como referencia de voltaje cero

En la figura siguiente se observa un sistema de

puesta a tierra simple formado por un electrodo un

conductor eleacutectrico y su respectivo conector

FIGURA Ndeg 01 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SIMPLE

2212 ANILLO - PUESTA A TIERRA

Se la define como el ldquoconjunto de conductores eleacutectricos

conectados en forma horizontal o vertical uniformemente

espaciados incluyendo electrodos de puesta a tierra

enterrados en forma vertical que se ubican en el interior

del suelordquo

28

El anillo de puesta a tierra en subestaciones eleacutectricas

tiene una gran aacuterea de instalacioacuten ubicaacutendose en el suelo

del patio de maniobras y es recubierta con ripio (piedra en

pequentildeos pedazos)

Los conductores estaacuten soldados comuacutenmente con suelda

exoteacutermica e instalada a una profundidad no mayor de 70

cm

a) Caracteriacutesticas baacutesicas de un Anillo de puesta a

tierra

Las puestas a tierra deben estar constituidas por

materiales y elementos que permitan un correcto

funcionamiento a lo largo de su expectativa de vida uacutetil

a un costo razonable

Las caracteriacutesticas baacutesicas son

Baja resistencia y una distribucioacuten de voltaje de

superficie razonable

Buena capacidad conductora

Larga durabilidad

Los componentes baacutesicos de un Anillo de puesta a

tierra son

29

Conductor de puesta a tierra

El propoacutesito principal es conducir la energiacutea eleacutectrica

de falla de la subestacioacuten hacia tierra los materiales

usuales de construccioacuten son de aluminio o cobre

El aluminio por sus caracteriacutesticas tiene una menor

conductividad eleacutectrica produciendo mayores

peacuterdidas pero tiene un costo relativamente bajo El

cobre es un mejor conductor que el aluminio sin

embargo el costo es mucho mayor

Varilla o jabalina de puesta a tierra

Generalmente se las denomina como jabalinas

varillas o electrodo vertical de puesta a tierra

usualmente en las instalaciones de puesta a tierra

se las coloca en forma verticalperpendicular a la

superficie soldados con el conductor horizontal de

puesta a tierra en los veacutertices dependiendo de la

configuracioacuten de la Anillo

b) Configuracioacuten del Anillo de puesta a tierra

En la implementacioacuten de la malla de tierra se toma en

consideracioacuten el espacio fiacutesico disponible y los

requerimientos eleacutectricos

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

27

c) Puesta a tierra de proteccioacuten electrostaacutetica

La finalidad de esta proteccioacuten es neutralizar las

cargas electrostaacuteticas producidas en los materiales

dieleacutectricos Se logra uniendo todas las partes

metaacutelicas y dieleacutectricas utilizando el planeta tierra

como referencia de voltaje cero

En la figura siguiente se observa un sistema de

puesta a tierra simple formado por un electrodo un

conductor eleacutectrico y su respectivo conector

FIGURA Ndeg 01 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SIMPLE

2212 ANILLO - PUESTA A TIERRA

Se la define como el ldquoconjunto de conductores eleacutectricos

conectados en forma horizontal o vertical uniformemente

espaciados incluyendo electrodos de puesta a tierra

enterrados en forma vertical que se ubican en el interior

del suelordquo

28

El anillo de puesta a tierra en subestaciones eleacutectricas

tiene una gran aacuterea de instalacioacuten ubicaacutendose en el suelo

del patio de maniobras y es recubierta con ripio (piedra en

pequentildeos pedazos)

Los conductores estaacuten soldados comuacutenmente con suelda

exoteacutermica e instalada a una profundidad no mayor de 70

cm

a) Caracteriacutesticas baacutesicas de un Anillo de puesta a

tierra

Las puestas a tierra deben estar constituidas por

materiales y elementos que permitan un correcto

funcionamiento a lo largo de su expectativa de vida uacutetil

a un costo razonable

Las caracteriacutesticas baacutesicas son

Baja resistencia y una distribucioacuten de voltaje de

superficie razonable

Buena capacidad conductora

Larga durabilidad

Los componentes baacutesicos de un Anillo de puesta a

tierra son

29

Conductor de puesta a tierra

El propoacutesito principal es conducir la energiacutea eleacutectrica

de falla de la subestacioacuten hacia tierra los materiales

usuales de construccioacuten son de aluminio o cobre

El aluminio por sus caracteriacutesticas tiene una menor

conductividad eleacutectrica produciendo mayores

peacuterdidas pero tiene un costo relativamente bajo El

cobre es un mejor conductor que el aluminio sin

embargo el costo es mucho mayor

Varilla o jabalina de puesta a tierra

Generalmente se las denomina como jabalinas

varillas o electrodo vertical de puesta a tierra

usualmente en las instalaciones de puesta a tierra

se las coloca en forma verticalperpendicular a la

superficie soldados con el conductor horizontal de

puesta a tierra en los veacutertices dependiendo de la

configuracioacuten de la Anillo

b) Configuracioacuten del Anillo de puesta a tierra

En la implementacioacuten de la malla de tierra se toma en

consideracioacuten el espacio fiacutesico disponible y los

requerimientos eleacutectricos

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

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3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

28

El anillo de puesta a tierra en subestaciones eleacutectricas

tiene una gran aacuterea de instalacioacuten ubicaacutendose en el suelo

del patio de maniobras y es recubierta con ripio (piedra en

pequentildeos pedazos)

Los conductores estaacuten soldados comuacutenmente con suelda

exoteacutermica e instalada a una profundidad no mayor de 70

cm

a) Caracteriacutesticas baacutesicas de un Anillo de puesta a

tierra

Las puestas a tierra deben estar constituidas por

materiales y elementos que permitan un correcto

funcionamiento a lo largo de su expectativa de vida uacutetil

a un costo razonable

Las caracteriacutesticas baacutesicas son

Baja resistencia y una distribucioacuten de voltaje de

superficie razonable

Buena capacidad conductora

Larga durabilidad

Los componentes baacutesicos de un Anillo de puesta a

tierra son

29

Conductor de puesta a tierra

El propoacutesito principal es conducir la energiacutea eleacutectrica

de falla de la subestacioacuten hacia tierra los materiales

usuales de construccioacuten son de aluminio o cobre

El aluminio por sus caracteriacutesticas tiene una menor

conductividad eleacutectrica produciendo mayores

peacuterdidas pero tiene un costo relativamente bajo El

cobre es un mejor conductor que el aluminio sin

embargo el costo es mucho mayor

Varilla o jabalina de puesta a tierra

Generalmente se las denomina como jabalinas

varillas o electrodo vertical de puesta a tierra

usualmente en las instalaciones de puesta a tierra

se las coloca en forma verticalperpendicular a la

superficie soldados con el conductor horizontal de

puesta a tierra en los veacutertices dependiendo de la

configuracioacuten de la Anillo

b) Configuracioacuten del Anillo de puesta a tierra

En la implementacioacuten de la malla de tierra se toma en

consideracioacuten el espacio fiacutesico disponible y los

requerimientos eleacutectricos

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

29

Conductor de puesta a tierra

El propoacutesito principal es conducir la energiacutea eleacutectrica

de falla de la subestacioacuten hacia tierra los materiales

usuales de construccioacuten son de aluminio o cobre

El aluminio por sus caracteriacutesticas tiene una menor

conductividad eleacutectrica produciendo mayores

peacuterdidas pero tiene un costo relativamente bajo El

cobre es un mejor conductor que el aluminio sin

embargo el costo es mucho mayor

Varilla o jabalina de puesta a tierra

Generalmente se las denomina como jabalinas

varillas o electrodo vertical de puesta a tierra

usualmente en las instalaciones de puesta a tierra

se las coloca en forma verticalperpendicular a la

superficie soldados con el conductor horizontal de

puesta a tierra en los veacutertices dependiendo de la

configuracioacuten de la Anillo

b) Configuracioacuten del Anillo de puesta a tierra

En la implementacioacuten de la malla de tierra se toma en

consideracioacuten el espacio fiacutesico disponible y los

requerimientos eleacutectricos

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

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3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

30

Existen varias configuraciones de un Anillo de puesta a

tierra las comunes son cuadradas rectangulares en

forma de ldquoLrdquo en forma de lsquoTrsquo en forma de lsquoCrsquo con los

siguientes tipos de configuraciones

Electrodos con periacutemetro establecido sin jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con jabalinas

en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y sin jabalinas

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en los veacutertices

Electrodos con periacutemetro establecido con reticulado

interno y con jabalinas en las uniones perimetrales

2213 ELEacuteCTRODO Y RED DE ELECTRODOS

Los electrodos tienen como finalidad principal la

transmisioacuten de la corriente de falla a tierra de una manera

segura garantizando la unioacuten iacutentima con ella ademaacutes

disminuyen la resistencia de tierra para dicho propoacutesito

Los electrodos de tierra son Artificiales constituidos por

barras tubos placas cables y otros elementos metaacutelicos

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

31

Naturales elementos metaacutelicos enterrados en la tierra

aprovechados para la puesta a tierra si cumplen

condiciones reglamentarias Cuando los electrodos estaacuten

lo suficientemente distantes para que la corriente maacutexima

que pasa por cada uno de ellos modifique al potencial de

los otros se dice que los electrodos de tierra son

independientes

a) Potencial alrededor de un electrodo

Al pasar la corriente eleacutectrica por el electrodo hincado

sobre el terreno aparece en eacutel una caiacuteda de voltaje a

partir del electrodo Este potencial estaacute en funcioacuten de

la resistividad del terreno y la densidad de corriente

Ademaacutes la densidad de corriente a traveacutes del electrodo

depende de su forma geomeacutetrica colocacioacuten y

distancia entre electrodos y la distancia hasta el

electrodo del punto que se analice

Es importante tomar en cuenta el gradiente del

potencial cuando se disentildea el sistema de aterramiento

por la peligrosidad de este a un ser viviente al momento

de una corriente de falla En los electrodos simeacutetricos

el voltaje ubicado radialmente a la misma distancia y

profundidad seraacute el mismo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

32

Los puntos equipotenciales se encuentran sobre

ciacuterculos conceacutentricos cuyo punto central coincide con

el centro del electrodo En los electrodos asimeacutetricos

los puntos equipotenciales sobre la tierra sigue

aproximadamente la forma del electrodo

En cualquier caso a medida que se separa del

electrodo la diferencia de potencial disminuye La zona

en la que el voltaje entre dos puntos se hace

praacutecticamente igual a cero sobre la superficie se le

llama ldquotierra de referenciardquo Se puede trazar una curva

que relacione los voltajes existentes entre la tierra de

referencia y puntos ubicados sobre la superficie de la

tierra en direccioacuten perpendicular al electrodo

FIGURA Ndeg 02 DISTRIBUCIOacuteN DEL POTENCIAL ALREDEDOR DE UN ELEacuteCTRODO

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

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Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

33

b) Tipos de electrodos

Los electrodos deben tener propiedades mecaacutenicas y

eleacutectricas adecuadas para responder a ensayos e

inspeccioacuten el material no debe corroerse y ademaacutes

tener buena conductividad eleacutectrica

Se usa el cobre acero galvanizado acero inoxidable y

hierro fundido Encontramos por ejemplo la varilla

Copperweld

La varilla Copperweld de acero recubierto de cobre

que se entierra profundidad de por lo menos de 24 m

de encontrarse roca a menos de 125 m esta puede

enterrarse a un miacutenimo de 08 m Su desventaja es el

aacuterea de contacto pero presenta buena longitud

a) Electrodos naturales

Entre estos tenemos las tuberiacuteas de agua que se usan

siacute cumplen condiciones como tener por lo menos 3 m

en contacto directo con la tierra y ser eleacutectricamente

continua hasta el punto de conexioacuten Estructuras

metaacutelicas de edificios para lo que debemos tener en

cuenta que su impedancia a tierra debe ser baja

lograacutendolo uniendo las columnas a las partes metaacutelicas

de la cimentacioacuten con conductores

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

34

b) Electrodos de varilla

Estos electrodos se aplican al suelo mediante

percusioacuten hasta que alcanzan la profundidad

adecuada En caso de terrenos rocosos o de

tepetate las varillas no pueden meterse de esa

manera se doblan o solamente no pueden entrar

Si encontramos una roca a menos de 240 m estos

electrodos se pueden meter en diagonal hasta con

un aacutengulo de 45ordm de la vertical

c) Electrodos de placa

Los electrodos de placa no deberaacuten tener menos de

02 m2 de superficie en contacto con el suelo Y las

placas de acero o hierro deberaacuten tener por lo menos

64 mm de espesor Si son de material no ferroso

deberaacuten tener por lo menos 152 mm de espesor

Para utilizar una placa como electrodo se debe de

considerar que su posicioacuten oacuteptima es de forma

vertical instalados a unos 2 m de profundidad al

colocarla horizontalmente el terreno debajo de ella

se asentariacutea y separariacutea del mismo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

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3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

35

d) Electrodo de cinta o cable

Si se elige un electrodo de cinta se debe considerar

que su seccioacuten debe ser de al menos 100 mm2 Se

conocen como dimensiones tiacutepicas las de 30 x 4 mm

y las de 40 x 5 mm Estas cintas son galvanizadas y

se fabrican con estos fines lo maacutes usual maacutes

praacutectico y duradero es el cable desnudo o cinta de

cobre reconocidamente usado con efectividad y

durabilidad

Estos electrodos para maacutexima efectividad son

instalados como uacutenicos electrodos horizontales

colocados a 1 m de profundidad El uso de

electrodos horizontales y extensos es tiacutepico en

terrenos rocosos que dificultan las perforaciones

profundas En el caso de que los cables o cintas

sirvan para unir a electrodos verticales formando

una malla deben enterrarse a profundidades de 08

m sobre el nivel del terreno (para evitar el voltaje de

paso)

c) Conexioacuten entre electrodos

La conexioacuten entre electrodos se realiza por medio de

cobre desnudo ayudando esto a reducir la impedancia

global

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

36

Las conexiones deben ser robustas mecaacutenicamente

resistencia a la corrosioacuten y baja resistividad Dichas

conexiones son factores tomados en cuenta en el

disentildeo Se tomaraacute en cuenta algunos meacutetodos

empleados para unir meacutetodo mecaacutenico bronceado

soldadura exoteacutermica y soldadura por fusioacuten autoacutegena

a) Conexiones mecaacutenicas

Empleadas comuacutenmente la conexioacuten apernada

(mecaacutenica) y la compresioacuten (hidraacuteulica) deben

cumplir las normas pues seraacuten sometidos a

impactos mecaacutenicos eleacutectricos y teacutermicos Se

debe tener cuidado al efectuar perforaciones

efectuadas para acomodar pernos cuando se unen

cintas entre siacute Al apernar diferentes metales se

debe limpiar y proteger con inhibidor de oacutexido

b) Conexiones bronceadas

Se aplican en cobres y aleaciones de cobre Su

ventaja principal es que proporciona baja

resistencia de unioacuten que no se corroe

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

37

Es necesario una superficie limpia y plana de los

materiales para el bronceado

c) Uniones exoteacutermicas

Se realizan mediante moldes de grafito disentildeado

para ajustar el tipo especiacutefico de unioacuten Usando

una pistola con pedernal se enciende una mezcla

de polvo de aluminio y de oacutexido de cobre y la

reaccioacuten que se crea forma una unioacuten de cobre

puro

Entre sus beneficios estaacuten proporcionar una unioacuten

permanente de baja resistencia y resistente a la

corrosioacuten No es permitida para conectar cobre y

aluminio en las subestaciones

d) Conexioacuten con soldadura autoacutegena

El cobre se puede unir por soldadura de bronce o

soldadura al arco en presencia de gas Esta teacutecnica

emplea alta temperatura y material de relleno

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

Barcelona Espantildea

3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo

38

El arco eleacutectrico proporciona el calor mientras que

el aacuterea en torno al electrodo y la soldadura es

envuelta por un gas tal como argoacuten o nitroacutegeno

esto reduce la oxidacioacuten durante el proceso de

soldadura

2214 PRODUCTOS QUIacuteMICOS A UTILIZAR PARA LOS

SISTEMAS PUESTA A TIERRA

a) Bentonita Soacutedica

La bentonita soacutedica se encuentra en forma natural y

que contiene un alto nivel de iones de sodio

b) Cemento Conductivo

GEO-GEM es un Cemento Conductivo 100

ECOLOGICO de Muy Alta Conductividad Eleacutectrica

disentildeado para reducir la resistencia eleacutectrica de las

Puestas a Tierra

El volumen de aplicacioacuten del cemento conductivo seraacute

seguacuten la resistividad y tipos de terrenos donde se

proyecta el sistema de puesta a tierra asiacute como el valor

final deseado indicado tambieacuten en la siguiente tabla de

referencia

39

2215 IMPORTANCIA DEL ESPIRAL EN LA VARILLA DE

COBRE

A pesar de que es muy comuacuten escuchar sobre el

concepto del cable a tierra es importante dar a conocer

el funcionamiento presentacioacuten y proteccioacuten que

implica su presencia en el sistema eleacutectrico del hogar

40

El principal rol de la conduccioacuten a tierra es desviar la

corriente a traveacutes de un hilo de cobre impidiendo que

entre en contacto con una persona y produzca un

shock eleacutectrico Se utiliza cobre pues este elemento

posee una resistencia baja es decir es un excelente

conductor eleacutectrico ldquoEste hilo consiste en un filamento

conductor conectado a una malla de cobre enterrada

bajo la cimentacioacuten de la vivienda y seraacute por el cual

circularaacuten los electrones que pueden escapar de los

aparatos frente a cualquier fallardquo explica el ingeniero

civil electricista Carlos Navarro

Tanto en casas como en edificios el cable a tierra se

encuentra ubicado en el contacto central de los

enchufes Cuando se respetan las normas de

instalacioacuten es posible reconocer este cable por estar

recubierto por un aislante de color verde

En cuanto a los aparatos eleacutectricos eacutestos deben estar

conectados a tierra como indica el experto al asegurar

que ldquolas partes metaacutelicas expuestas como la carcasa

de una lavadora o refrigerador que estaacuten en contacto

directo con el usuario pueden transformarse en

conductores de un voltaje peligroso si el aislamiento

eleacutectrico falla Esto no ocurre cuando la instalacioacuten

cuenta con cable a tierrardquo

41

Es importante advertir que al adquirir un

electrodomeacutestico eacuteste cuente con tres clavijas en su

enchufe de manera que el contacto central esteacute

conectado a la malla entregando un camino seguro por

donde la corriente pueda devolverse ante cualquier

eventualidad

221 RESISTIVIDAD ELEacuteCTRICA

Por definicioacuten general la resistividad determina la capacidad fiacutesica

que tienen los elementos o materiales para oponerse al paso de la

corriente eleacutectrica este es un valor que se mantiene constante

depende de la naturaleza del elemento y uacutenicamente sufriraacute cambios

al variar su temperatura Por medio de los aislantes es posible poner

liacutemites al flujo de corriente eleacutectrica asiacute como crear caminos bien

definidos utilizando buenos conductores eleacutectricos mientras que no

es posible controlar el calor generado a un grado comparable

Por otro lado es claro que el grupo de los metales son mejores

conductores teacutermicos su resistividad asiacute como su conductividad

tanto teacutermica como eleacutectrica es producto de los electrones libres que

molecularmente hablando poseen en su uacuteltima oacuterbita Contrario a

los semiconductores que forman un grupo que estaacute entre los

metales y los aislantes cuya principal importancia se debe al modo

en que estos se ven afectados por los cambios de temperatura y por

pequentildeas cantidades de impurezas

42

El grafico mostrado a continuacioacuten ilustra un esquema para

determinar la resistividad eleacutectrica de una muestra de material cuyas

dimensiones son 1m de lado por 1m de profundidad

FIGURA Nordm 03 GRAacuteFICO ESQUEMAacuteTICO PARA DETERMINAR LA RESISTIVIDAD

ELEacuteCTRICA DE UN MATERIAL

2211 RESISTIVIDAD DEL TERRENO

La resistividad del terreno es la resistencia que muestra

al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de

arista Se expresa en m y se representa con la letra ρ

43

FIGURA Nordm 04 RESISTIVIDAD DE UN CUBO DE TERRENO

DE 1M DE LADO

La resistividad de un terreno determinado va a depender

de su origen cantidad de humedad temperatura

salinidad y estratigrafiacutea siendo esta uacuteltima caracteriacutestica

la cantidad de capas de distinta composicioacuten que tenga el

terreno a analizarse tambieacuten se ve afectada la

resistividad por las variaciones estacionales Otro factor

que incide en la resistividad de un terreno es la

compactacioacuten ya que al aumentar el tamantildeo de las

partiacuteculas que lo forman la resistividad es mayor y

viceversa

La resistividad de un terreno viene determinada por varios

factores que pueden modificarla los maacutes significativos

son

Sales solubles

44

La resistividad del agua se encuentra determinada por

la cantidad de sales minerales disueltas en ella

Estado higromeacutetrico

Depende del contenido de agua humedad y el clima

Estratigrafiacutea

El teacutermino hace referencia a que el suelo no presenta

uniformidad sino que tiene diferentes capas cuya

composicioacuten no es igual por lo cual su resistividad

variacutea con cada una de ellas

Temperatura

La resistividad de un terreno no cambia

significativamente hasta alcanzar el punto de

congelamiento solo entonces la resistividad se

incrementa vertiginosamente aparentando que no hay

contacto con la tierra la razoacuten de ello es que no hay

descomposicioacuten de sales

Compactacioacuten

La resistividad del terreno disminuye al incrementar la

compactacioacuten del mismo

Granulometriacutea

45

Este paraacutemetro influye bastante sobre la porosidad y el

poder retenedor de humedad sobre la calidad del

contacto con los electrodos aumentando la resistividad

con el mayor tamantildeo de los granos de la tierra

2212 MEacuteTODOS DE LA RESISTIVIDAD

El aparato que se utiliza para la medicioacuten de la resistividad

aparente del terreno es conocido como Teluroacutemetro

consta de un voltiacutemetro y de un amperiacutemetro

a) Meacutetodo de Wenner

Mide la resistividad del terreno se es necesario

enterrar los 4 electrodos en el suelo

FIGURA Nordm 05 MEacuteTODO WENNER DE MEDIDA DE LA

RESISTIVIDAD DEL TERRENO

46

Los cuatro electrodos se colocan en liacutenea recta y a una

misma profundidad de penetracioacuten la cual no debe

exceder la relacioacuten ldquoa20rdquo Y es generalmente limitada

a 03 metros las mediciones de resistividad

dependeraacuten de la distancia entre electrodos y de la

resistividad del terreno

b) Meacutetodo de Schlumberger

La variante en este meacutetodo es el distanciamiento de

las varillas de prueba se las utiliza para medir la

resistividad del suelo cuando las picas de prueba

estaacuten separadas por una gran distancia o para

acelerar las pruebas para muacuteltiples ubicaciones de las

picas de prueba

FIGURA Nordm 06 MEacuteTODO SCHLUMBERGE DE MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD

DEL TERRENO

47

2213 RESISTIVIDAD POR EL MODELO DE SUELO DE DOS

CAPAS

Un modelo de suelo de dos capas puede represarse por

una capa superior de profundidad finita por encima de

una capa inferior de profundidad infinita El cambio

abrupto de la resistividad en las proximidades de cada

capa de suelo puede describirse por medio del factor K

FIGURA Nordm 07 CURVA ldquoKrdquo NEGATIVA

FIGURA Nordm 08 CURVA ldquoKrdquo POSITIVA

48

2214 DESCRIPCION DE LO EQUIPOS A PROTEGER

Para hacer la descripcioacuten de los equipos que

comprenderiacutean una BTS hemos creiacutedo conveniente

elegir la marca Ericsson nos hemos basado en una

norma de instalacioacuten RBS 6000 para Vodafone

Elementos del Nodo Distribuido de Ericsson RBS

6600

La RBS6601 es una estacioacuten base de la familia de la

RBS6600 para GSM DCS UMTS oacute LTE

La RBS 6601 consta de una unidad principal indoor

llamada Main Unit (MU) y de un nuacutemero de RRU que se

localizan junto a las antenas

a1 MU RBS 6601

La RBS 6601 se compone de una unidad de banda base

llamada Main Unit (MU) y de un maacuteximo de seis unidades

radio remotas (RRU) la unioacuten entre ambas se realiza a

traveacutes de fibra oacuteptica En la siguiente figura se muestran

las partes principales de la MU

A Main Unit (Suport System)

A1 Moacutedulo de ventilacioacuten

A2 Soportes moacuteviles (orejeras)

B DU

49

FIGURA Nordm 09 MU RBS 6601

Las interfaces de conexioacuten de la MU se muestran en la

siguiente figura

A Interfaz de conexioacuten a tierra

B Interfaz de alarmas externas

C Interfaz de alimentacioacuten SAU

D Interfaz de alimentacioacuten de entrada

E DU con las interfaces de

Gestioacuten LAN

GPS

E1 y Ethernet oacutepticaeleacutectrica

FIGURA Nordm 10 INTERFAS MU

Caracteriacutesticas

50

a2 DUG

Esta unidad es la controladora del estaacutendar GSM

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten e interfaz radio Tiene una capacidad

maacutexima de 12 portadoras

FIGURA Nordm 11 DUG

a3 DUW

Esta unidad es la controladora del estaacutendar WCDMA

(UMTS) Proporciona conmutacioacuten gestioacuten de traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

Tiene capacidad maacutexima de 768 channel elements en el

DL y 512 en el UL

FIGURA Nordm 12 DUW

a 4 DUS

Esta unidad es una controladora multi-estaacutendar para LTE

Proporciona conmutacioacuten gestioacuten del traacutefico

temporizacioacuten procesado en banda base e interfaz radio

51

b1 RRU

La RRU es la unidad remota de radio Puede localizarse

remotamente de la RBS Main Unit (MU) hasta una

distancia de 15 km Las RRU estaacuten disentildeadas para ser

instaladas junto a las antenas de una RBS Un cable de

fibra oacuteptica tambieacuten llamado enlace de interfaz oacuteptico

(Optical Interface Link-OIL) conecta las RRU a las RBS

MU Hasta 6 RRU pueden ser conectadas en

configuracioacuten estrella con enlaces OIL a la RBS

La RRU se conecta a las antenas mediante cable RF

Como norma general se instalaraacuten lo maacutes proacuteximo posible

a las antenas de radio aprovechando elementos

estructurales existentes en los emplazamientos

52

b2 DC-BOX

Para dotar de proteccioacuten contra sobretensiones (OVP

Over Voltage Protection) a las conexiones de

alimentacioacuten de las RRU se instalaraacute una DC-BOX Esta

se alimentaraacute de un disyuntor o 2 paralelados de la parte

no prioritaria del equipo de fuerza del emplazamiento Las

MU deberaacuten alimentarse en primera opcioacuten del equipo de

fuerza del emplazamiento en segunda opcioacuten de la DC-

BOX

La DC-BOX proporciona 9(Eltek) o 10(Delta) disyuntores

de 30 A en una unidad de 1U de altura con proteccioacuten

OVP tipo II accesible desde el frontal

Se instalaraacuten siempre en la parte superior del moacutedulo de

transporte rack de 19rdquo o armario de intemperie donde se

equipe

b3 SIU

La SIU es el elemento que posibilita la migracioacuten a traacutefico

IP de las RBS Se trata de una tarjeta de 1 U de altura y

enrackable en 19rdquo que proporcionaraacute un interfaz comuacuten

entre las RBS (ya sean de GSM UMTS o LTE) y las redes

de transporte IP Ethernet o IP sobre PDH

53

Sus Caracteristicas

2215 FORMULAS PARA HALLAR LA RESISTIVIDAD

a) Caacutelculo De Resistividad (r Resistividad)

FIGURA Nordm 09 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD

Doacutende

A Distancia de Separacioacuten de las Estacas Auxiliares

R Lectura del Instrumento

b) Caacutelculo de la Resistividad Aparente (ρa

Resistividad de Aparente (Ohm-m))

FIGURA Nordm 10 ECUACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE

Doacutende

RESISTIVIDAD = 2πAR

Ρa = (h1 + h2) ((h1ρ1) + (h2ρ2) )

54

ρ1 Resistividad 1ra Capa

Ρ2 Resistividad 2da Capa

ρa Resistividad de Aparente (Ω-m)

h1 Primera Capa (m)

h2 Segunda Capa (m)

c) Calculo Resistencia de un Electrodo Vertical (Re

Resistencia de un electrodo Vertical (Ω))

FIGURA Nordm 11 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE UN ELEacuteCTRODO VERTICAL

Doacutende

ρa Resistividad de Aparente (-m)

R Porcentaje de Reduccioacuten

Re Resistencia de un Electrodo Vertical ()

Ρd Resistividad de Disentildeo

L Longitud del Electrodo (m)

D Diaacutemetro del Electrodo (m)

d) Calculo de Resistencia electrodos Paralelos

(Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo)

FIGURA Nordm 12 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE ELEacuteCTRODOS PARALELOS

Re = (ρa 2πL) x Ln (4L D)

Rr = (Re N) x F

55

Doacutende

Rr Resistencia de los electrodos en Paralelo

Re Resistencia de un electrodo

N Numero de electrodos

F Factor de tabla

e) Caacutelculo de Resistencia de la Malla o Ring (Rω

Resistencia de la Malla o Ring)

FIGURA Nordm 13 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA DE LA MALLA

Doacutende

Rω Resistencia de la Malla o ring

Ρ1 Resistividad de la 1era Capa

Ρ2 Resistividad de la 2da Capa

R Porcentaje de Reduccioacuten

Ρd Resistividad de disentildeo

Amalla Aacuterea de la Malla

n Numero de Cuadriculas de la Malla

h Profundidad donde se Coloca la malla

d Diaacutemetro del conductor de la malla

Ltotal Longitud total del cable en le malla o Ring

56

f) Caacutelculo de Resistencia Mutua (Rm Resistencia

Mutua)

FIGURA Nordm 14 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA MUTUA

Doacutende

Rm Resistencia Mutua

Ltot Longitud total

Ρd Resistividad de disentildeo

L Longitud Del Electrodo

g) Caacutelculo de Resistencia Total del sistema (Rt

Resistencia total del Sistema)

FIGURA Nordm 15 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA TOTAL

Doacutende

Rt Resistencia total del Sistema

Rω Resistencia de la malla o Ring

Rr Resistencia de los electrodos en paralelo

Rm Resistencia Mutua entre Los sistemas

Re Resistencia de un electrodo Vertical ()

Rm = (073Ltot) x ρd x Log (2Ltot L)

Rt = (Rω x Rr ndash Rm2 Rω + Rr + 2Rm)

57

h) Caacutelculo de Resistencia por modelo de suelo a

Dos Capas

FIGURA Nordm 16 ECUACIOacuteN DE LA RESISTENCIA POR MODELOS

DESUELOS

23 MARCO CONCEPTUAL

Acoplamiento Se forma entre dos circuitos cuando existe alguacuten camino

por el que uno de ellos pueda ceder energiacutea al otro El acoplamiento por

conduccioacuten se da cuando dos circuitos tienen alguna impedancia comuacuten

Blindajes Meacutetodo que consisten en una superficie metaacutelica dispuesta

entre dos regiones del espacio utilizada con el fin de atenuar la

propagacioacuten de los campos electromagneacuteticos

Campo Eleacutectrico Regioacuten del espacio en que una masa eleacutectrica pasiva

colocada en cualquier punto sufre la accioacuten de una fuerza

Campo Magneacutetico Campo de fuerzas creado por cargas eleacutectricas en

movimiento que se manifiesta por la fuerza que experimenta una carga

eleacutectrica al moverse en su interior

Corriente de falla a tierra Corriente producida por malas maniobras u

originada en eventos atmosfeacutericos (rayos) que fluye por el sistema de

puesta a tierra durante una falla

Jabalina Varilla o electrodo vertical de puesta a tierra empleados para

reducir el valor oacutehmico de mallas de puesta a tierra y controlar los voltajes

de seguridad

K= (ρ2-ρ1)(ρ1+ρ2)

58

Jabalina alargada Unioacuten de dos jabalinas tiacutepicas conectadas en serie se

las utiliza para llegar a profundidades mayores en donde existe una menor

resistividad

Puesta a tierra (PT) Conexioacuten conductora ya sea intencional o

accidental por el cual un circuito eleacutectrico o el equipo estaacute conectado a la

tierra o alguacuten cuerpo conductor de relativamente grandes dimensiones

que disipa las corrientes de falla en la tierra

Resistencia de puesta a tierra o resistencia de dispersioacuten Relacioacuten entre

el maacuteximo voltaje de puesta a tierra y la corriente de falla que fluye desde

la puesta a tierra respecto a una tierra remota

Resistividad del terreno Resistencia medida entre las superficies de las

caras opuestas de un cubo de 1 metro de lado con material de un suelo

homogeacuteneo normalmente medido en Wm

Suelo Artificial Compuesto de materiales orgaacutenicos e inorgaacutenicos de baja

resistividad utilizado para mejorar la conductividad del subsistema

electrodo-tierra

Tiempo de despeje de falla Tiempo medido desde el inicio de una falla

hasta que la misma es despejada por dispositivos electroacutenicos o

electromecaacutenicos accionado por dispositivos de proteccioacuten

Transitorios Son perturbaciones creadas por impulsos acopladas en los

circuitos eleacutectricos que se encuentran en forma conducida en los cables

de alimentacioacuten y en las entradas de control y sentildealizacioacuten

Voltaje de transferencia Es un caso especial del voltaje de contacto es

un voltaje (originado en el electrodo de puesta a tierra) que es transferido

59

dentro o fuera de la subestacioacuten desde o hacia un punto remoto externo

al sitio de la subestacioacuten

Zanjado participio pasado de zanjar Terreno en el cual se ha abierto una

zanja

Zanjar Excavar una zanja en el suelo

60

CAPIacuteTULO III

DESCRIPCION Y DISENtildeO DEL PROYECTO

31 DISENtildeO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Siendo coherente con los objetivos planteados en este trabajo de suficiencia

profesional a continuacioacuten procedereacute a realizar el disentildeo del sistema de

puesta a tierra

Para el disentildeo inicialmente se realizoacute el estudio inicial del suelo obteniendo

mediciones de resistividad con el propoacutesito de disminuir hasta un valor

adecuado para el aterramiento de los equipos de la estacioacuten base de

transmisioacuten

311 DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTIVIDAD INICIAL DEL SUELO

El meacutetodo utilizado fue el de Meacutetodo de Wenner para lo cual se

trabajoacute con el Teluroacutemetro Digital de marca Megabras modelo EM

4055 con Mediciones de Tencioacuten Alterna VCA a 60 Hz en la Escala

de 200V cuyo rango de mediciones de Resistencia estaacuten en las

escalas de 20200200020 KΩ

FIGURA Ndeg 16 MEacuteTODO DE WENNER ndash UTILIZADO EN LA DETERMINACIOacuteN INCIAKL DE LA RESISTIVIDAD

61

Lecturas tomadas en Campo

Espaciamiento(m) X(Ω) Y(Ω) Z(Ω)

100 59 473 232

200 373 266 202

300 27 1119 175

400 227 647 142

500 198 46 105

600 15 23 76

TABLA Ndeg 02 LECTURA REALIZADA CON EL TELUROacuteMETRO

Espaciamiento Resistividad Ohm-M Resistividad Prom(x)

X Y Z

100 370709 297195 14577 27122

200 468727 334266 253841 35228

300 508939 210927 329868 19723

400 570515 162609 356886 19218

500 622037 144514 329868 17886

600 565488 867082 286514 14326

TABLA Ndeg 03 DATOS CALCULADOS EN RELACIOacuteN A LA RESISTIVIDAD

FIGURA Ndeg 17 CURVA RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

271 27122

35228

19723 1921817886

14326

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7

Ohm -m

A(m)

RESISTIVIDAD vs PROFUNDIDAD

62

PRIMERA EVALUACIOacuteN

De la graacutefica anterior deducimos un valor para una resistividad ρ1 y

un valor de K que estaacute limitada entre -1 y +1 cuando el valor de K gt

0 se aplica ρ1ρaρ y cuando el valor de Klt 0 se aplica ρaρρ1

TABLA Ndeg 04 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 05 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 19218 Ωm

ρaρρ1 070 adimensional

a 4 m

1era Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 022 088

3 -03 046 184

4 -04 06 240

5 -05 071 284

6 -06 08 320

7 -07 087 348

8 -08 093 372

9 -09 098 392

10 -1 104 416

63

SEGUNDA EVALUACIOacuteN

TABLA Ndeg 06 OBTENCIOacuteN DE LOS PARAacuteMETROS ldquoρaρρ1rdquo y ldquoardquo

Ahora se intersecta los valores con la curva Positiva del modelo de capas Ver Figura Ndeg07

TABLA Ndeg 07 OBTENCIOacuteN DEL PARAacuteMETRO ldquohrdquo

Ahora se intersectan ambas alturas para poder encontrar un punto de coincidencia

PARAacuteMETROS VALOR UNIDAD

ρ1 271 Ωm

ρaρ 17886 Ωm

ρaρρ1 066 adimensional

a 5 m

2da Tabla

K ha h(m)

1 -01 0 000

2 -02 0 000

3 -03 037 185

4 -04 052 260

5 -05 062 310

6 -06 071 355

7 -07 078 390

8 -08 084 420

9 -09 09 450

10 -1 095 475

64

FIGURA Ndeg 18 CURVA ldquoKrdquo vs Profundidad ldquohrdquo

De la interseccioacuten de las curvas se obtienen

k = - 03 y h = 180 reemplazando en la siguiente expresioacuten

k = (ρ2 - ρ1) (ρ2 + ρ1) se tiene que

ρ1 = 271 Ωm y ρ2 =145923 Ωm

Luego lo represento mediante la siguiente figura

FIGURA Ndeg 19 REPRESENTACIOacuteN DE LA PROFUNDIDAD ldquohrdquo

EN RELACIOacuteN A LA SUPERFICIE DEL SUELO

0

1

2

3

4

5

-11 -10 -09 -08 -07 -06 -05 -04 -03 -02 -01 00

h(m)

K

Curvas (k) vs Profundidad(h)

65

312 CAacuteLCULOS PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LA RESISTENCIA

DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A Caacutelculo de la resistividad aparente

Considerando la siguiente expresioacuten ρa = (h1+h2) ((h1ρ1) +

(h2ρ2))

Doacutende

ρ1 Resistividad 1era Capa = 271

ρ2 Resistividad 2da Capa = 14592

h1 Profundidad primera capa = 18m

h2 Profundidad segunda capa = 2m

Reemplazando se tiene que ρa = 18675 Ωm

B Caacutelculo de la resistencia del electrodo vertical

Considerando la siguiente expresioacuten Re = ρd x Ln (4LD) 2xπxL

Doacutende

ρa Resistividad Aparente = 18675Ωm

R Porcentaje de Reduccioacuten = -80

ρd Resistividad de disentildeo = 3740 Ωm

L Longitud del Electrodo = 24m

D Diaacutemetro del Electrodo = 001905m

Reemplazando se tiene que Re es igual a 149Ω

66

C Caacutelculo de la resistencia del electrodo en paralelo

Considerando la siguiente expresioacuten Rr= (Re x F) N

Doacutende

Re Resistencia de un Electrodo = 149Ω

N Nuacutemero de Electrodos = 4

F Factor de la Tabla = 136

Reemplazando se tiene que Rr es igual a 5066 Ω

D Caacutelculo de la resistencia a tierra con fleje de Cu desnudo

3x70mm

Considerando la siguiente expresioacuten

R= ρ x Log (2xL2WxD) (273xL)

Doacutende

ρ Resistencia aparente de ρ1 considerando un terreno

homogeacuteneo = 271Ω

ρ Resistencia con porcentaje de Reduccioacuten = 5420Ω

W Ancho de Fleje de cable 70mm = 007m

L Longitud del Fleje = 20m

D Profundidad como Miacutenimo = 04m

R Porcentaje de Reduccioacuten = 80

Reemplazando se tiene que R es igual a 442Ω

67

E Caacutelculo de la resistencia mutua

Considerando la siguiente expresioacuten

Rm = 073 x ρd x Log (2Lt L) Lt

Doacutende

Lt Longitud Total = 20m

ρd Resistividad de disentildeo = 3740Ωm

L Longitud del electrodo = 24m

Reemplazando se tiene que Rm es igual a 166Ω

F Caacutelculo de la resistencia del sistema de puesta tierra

Considerando la siguiente expresioacuten

Rg = (R1xR2 ndash R212) (R1 + R2 ndash 2R12)

Donde

R1 Resistencia del Electrodo = 442Ω

R2 Resistencia de la Malla = 293Ω

R12 Resistencia Mutua Electrodo ndash Malla = 166Ω

Reemplazando se tiene que la resistencia del sistema es de

382Ω

32 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

A continuacioacuten se procede a describir el procedimiento realizado para la

construccioacuten del sistema de puesta tierra tomando como referencia los

caacutelculos y valores obtenidos en el disentildeo descrito en el punto anterior

68

Teniendo en cuenta que para la instalacioacuten de la puesta a tierra seguacuten el

disentildeo realizado se construiraacute un pozo y una zanja

321 CONSTRUCCIOacuteN DEL POZO A TIERRA

El disentildeo mandoacute a instalar 1 Pozo vertical con electrodo de cobre de

alta pureza de diaacutemetro de frac34rdquo x 240mts

Seguidamente se apertura un hoyo de 290m de profundidad x 080

m2 de ancho

Despueacutes de haber realizado la excavacioacuten del pozo se procedioacute a

humedecer las paredes del pozo conjuntamente con el fondo para

reactivar las sales naturales

Luego se procedioacute a cernir la tierra de cultivo en malla cocada de frac12rdquo

mezclando con 90Kg de bentonita soacutedica (03 sacos de 30kg) por

metro cuacutebico de tierra

En el fondo del pozo se colocoacute una capa de tierra cernida y tamizada

de 020m de altura al centro del mismo se colocoacute el electrodo de

cobre de diaacutemetro de frac34rdquo (19mm) x 240m de longitud para luego

proceder a colocar el molde de PVC de 4rdquo de diaacutemetro y 050m de

longitud cubriendo al electrodo de cobre

69

Luego se aplicoacute cemento conductivo puro dentro del molde en

proporcioacuten de 100kg (04 sacos de 25kg) de cemento conductivo por

cada pozo Por el exterior del molde se aplicoacute la tierra de cultivo con

bentonita compactando en capas de 020m agregando agua en

pequentildeas cantidades repitiendo el procedimiento hasta cubrir el

80 del electrodo

322 CONSTRUCCION DE LA ZANJA

El disentildeo manda unir el pozo con fleje de cobre de 3mmx70mm

En la zanja de interconexioacuten de 040m x 060m se procedioacute a

humedecer tanto las paredes como la parte del fondo con abundante

cantidad de agua

Luego se colocoacute una capa de 040m de ancho x 010m alto de tierra

de cultivo mezclada con bentonita soacutedica en proporcioacuten 60kg (dos

sacos de 30kg) por m3 de tierra agregando luego 3cm de cemento

conductivo en seco instalando seguidamente el fleje o platina de

cobre de 70x3mm cubrir el fleje con otra capa de 3cm de cemento

conductivo en seco aplicando un total 6cm de alto x 27cm de ancho

como miacutenimo (02 sacos de 25kg por cada 18ml de zanja) verificar

que el fleje quede cubierto totalmente por el cemento conductivo en

toda su longitud

Sobre esto culminar el relleno de 040m de ancho x 044m de alto

colocando la tierra de cultivo reforzado con bentonita soacutedica en

proporcioacuten 90kg (03 sacos de 30kg) por metro cuacutebico de tierra

70

compactando en capas de 020m y agregando abundante cantidad

de agua hasta llegar al nivel superior o nivel de piso terminado

El estudio contempla reemplazar la tierra extraiacuteda de la excavacioacuten

por tierra de cultivo para sistemas de tierra

FIGURA Ndeg 20 DIMENSIONAMIENTO DEL POZO A TIERRA

71

FIGURA Ndeg 21 DETALLE DEL ENTERRAMIENTO DE CABLE DESNUDO EN ZANJA

FIGURA Ndeg 22 DETALLE DE LA UNIOacuteN FLEJE CON VARILLA EN POZO DE TIERRA

044m

006m

010m

72

El sistema de puesta a tierra se conectaraacute con la estacioacuten base de

comunicacioacuten tal y como se muestra en la siguiente figura

FIGURA Ndeg 23 CONEXIOacuteN DEL SISTEMA PUESTA A TIERRA CON LA ESTACION BASE DE COMUNICACIOacuteN

33 REVISIOacuteN Y CONSOLIDACIOacuteN DE RESULTADOS

A continuacioacuten procedereacute a realizar un anaacutelisis comparativo de los valores

de resistividad y resistencia antes y despueacutes del disentildeo e implementacioacuten

del sistema de puesta a tierra

73

TABLA Ndeg 08 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ANTES DEL DISENtildeO

TABLA Ndeg 09 VALORES DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA DESPUEacuteS DEL DISENtildeO

Comparando ambos resultados

Luego del anaacutelisis comparativo queda evidenciando que se llegoacute al o

megado requerido (gt5Ω) cumpliendo lo establecido por las normas de

OPSITEL

34 PROTOCOLO DE PRUEBAS

341 Meacutetodo de Medicioacuten

El meacutetodo de los cuatro puntos de Wenner es el meacutetodo maacutes preciso y

popular Son razones para esto que el meacutetodo obtiene la resistividad del

suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas

profundidades no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas

los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares

o los huecos creados para hincarlos en el terreno

342 Certificado de Medicioacuten de Resistencia Eleacutectrica del sistema de

Puesta a Tierra

ANTES DEL DISENtildeO E IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 1m

Resistividad del

Terreno 370709Ωm

Resistencia del

terreno 59Ω

VALORES DESPUES DEL DISENtildeO Y EJECUCION

Resistencia del Sistema 382Ω

74

75

76

CONCLUSIONES

CONCLUSIOacuteN GENERAL

Se concluye que con el disentildeo del sistema de puesta a tierra la resistividad

cumple con lo estandarizado por OPSITEL para la Estacioacuten Base

Transmisora de Comunicaciones-ALKOSTA el mismo que garantizaraacute la

proteccioacuten de los equipos ya que se encuentra dentro de lo establecido por

norma

CONCLUSIONES ESPECIacuteFICAS

Se concluye que el sistema de puesta a tierra presenta como caracteriacutesticas

de disentildeo una configuracioacuten de 4 pozo de 29m de profundidad x 08m2 de

ancho y una zanja con dimensiones de 040m de ancho x 060m de

profundidad y cuya unioacuten seraacute con un fleje de cobre de 3mmx70mm

garantizando asiacute la obtencioacuten de un valor de resistencia adecuado capaz de

proteger los equipos de comunicacioacuten

Finalmente se concluye que solo con el uso de TIERRA DE CHACRA Y

ADITIVOS podemos obtener una resistencia de 382Ω valores coherentes

con lo recomendado por la normatividad y que garantizan la proteccioacuten de

los equipos

77

RECOMENDACIONES

RECONMEDACIOacuteN GENERAL

En relacioacuten al disentildeo y la implementacioacuten del sistema de puesta a tierra se

recomienda realizar un plan de mantenimiento y verificacioacuten programado a

fin de garantizar que el ohmiaje del sistema de puesta a tierra siempre este

por debajo de lo recomendando seguacuten la normatividad

RECOMENDACIONES ESPECIacuteFICAS

En relacioacuten a las caracteriacutesticas de disentildeo se recomienda que todas las

pruebas eleacutectricas se efectuacuteen con equipos e instrumentos debidamente

calibrados para lo cual se debe disponer del certificado de calibracioacuten

Finalmente se recomienda tomar este estudio como referencia a fin de que

pueda servir como aporte para proacuteximos casos o situaciones que ameriten

un sistema de proteccioacuten ante variaciones de potencial entre la masa y la

tierra

78

BIBLIOGRAFIacuteA

1 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

eleacutectrica BARBACOA II (Tesis de Pre Grado) Universidad del Oriente

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2 BELTRAN Y (2014) Diagnoacutestico de la red de puesta a tierra de la subestacioacuten

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3 DE LA VEGA M (2002) Problemas de ingenieriacutea de puesta a tierra Meacutexico

LIMUSA

4 GARCIacuteA R (2010) La Puesta a tierra de instalaciones eleacutectricas y el RAT

Barcelona Espantildea MARCOMBO

5 GONZAacuteLES ZJ (2013) Instalaciones de Distribucioacuten Madrid Espantildea

EDITEX

79

ANEXOS

80

TOMAS DE LECTURAS

LECTURAS EN ldquoXrdquo LECTURAS EN ldquoYrdquo LECTURAS EN ldquoZrdquo