III Calculo de puestas a tierra. Consideraciones

Transcripción

1 Distriuz III Calculo de puestas a tierra Puesta a tierra puntuales Puesta a tierra en líneas de transmisión. Puesta a tierra en Estaciones transformadoras. Aplicaciones. Diseño de malla de puesta a tierra de una subestación. (Trabajo de gabinete) lsayas@softhome.net Distriuz Consideraciones a resistencia de puesta a tierra total tiene tres componentes: (a) a resistencia del conductor conectado al sistema de puesta a tierra, que es función de su resistividad, longitud y sección (b) a resistencia de contacto entre la superficie del electrodo y el suelo, este valor es usualmente pequeño si el electrodo está libre de pintura o grasa, esto se elimina efectuando un buen contacto entre el electrodo y tierra. (c) a resistencia de la tierra alrededor del electrodo que es la resistencia principal que influirá en la resistencia total de la puesta a tierra. lsayas@softhome.net 1

2 Distriuz R A Consideraciones Donde: :resistividad del terreno :longitud del electrodo A :área de la semiesfera equivalente dx dr 2 x2 R r1 r dx 2 x 2 r a c b Si r1 R 2 r lsayas@softhome.net CONFIGURACIÓN GEOMÉTRICA DE AS PUESTAS A TIERRA EECTRODOS VERTICAES EECTRODOS HORIZONTAES MAAS 2

3 Puesta a tierra puntuales SE MT/BT Electrodos verticales (BARRAS ) e R = * n a a : Radio de la barra (m) R : Resistencia a tierra de la barra ( Ohm ) : ongitud de la barra (m) e : Resistividad equivalente del terreno ( -m) APICACIÓN 1 Determinar la resistencia de puesta a tierra, de una barra, en las siguientes condiciones = 2.0 (m) ; = 100 ( Ohm - m ) a = (m) Solución : e 2* 100 2*2 R = n = n a ( 2* 3.14* 2) R = ( Ohm ) 3

4 APICACIÓN 2 Una barra de cobre de 2,4 m de longitud, 8 mm de radio, en un terreno de resistividad equivalente 50 ( - m) tiene una resistencia de puesta a tierra de: 50 2x2,4 R 2 2,4 n 8, ,21 APICACIÓN 3 Determinar la resistencia de puesta a tierra de una jabalina en las siguientes condiciones, ongitud = 2 m; = 5 - m,radio de la barra 8 mm. 5 2x2 R n 8x ,47 4

5 Tarea2 Determinar la resistencia de puesta a tierra de una jabalina en las siguientes condiciones, ongitud = 2,4 m; = 100 -m,radio de la barra 8 mm. Electrodos verticales enterrados a una profundidad (t) R a : Radio de la barra (m) R : Resistencia a tierra de la barra ( Ohm ) :ongituddelabarra (m) e : Resistividad equivalente del terreno ( -m) Nota: El objetivo de enterrar una distancia t al electrodo debajo de la superficie es para disminuir los posibles gradientes de potencial sobre la superficie del terreno en los contornos de la barra. t Superficie 2a 5

6 APICACIÓN 4 Para la aplicación 2, calcular la resistencia sabiendo que la jabalina está a 30 cm debajo de la superficie. R 50 2,4 3x2,4 4x0,3 n 20,31 2 2,4 8 x10-3 2,4 4x0,3 Como se puede observar los resultados son similares pero los gradientes seran menos peligrosos Tarea 3 Para la tarea 2, calcular la resistencia sabiendo que la jabalina está a 20 cm debajo de la superficie. Comentar los resultados: 6

7 RESISTENCIA A TIERRA DE DOS O MÁS JABAINAS EN PARAEO Para dos jabalina seaparados una distancia D. n D2 -(b )2 2a D Resistencia equivalente b Numero de electrodos enparalelo Aplicación Calcular la resistencia equivalente de dos jabalinas estan separadas 5m, longitud 2,4m, resistividad 50 - m y un radio de 8 mm. 2a D R 2 5 -(5,546 2,4) 2 b 7

8 Tarea 4 Calcular la resistencia equivalente: de dos jabalinas estan separadas 10m, longitud 2,4m, resistividad 50 -m y un radio de 8 mm. Distriuz Puesta a tierra en T Criterios de diseño: Puesta a tierra para protección del personal; el diseño debe contemplar evitar tensiones Up y Uc menores a los valores tolerables Up= 90V y Uc<65V para t=0,3s ( 50V tensión admisible para t<3s), siendo más riguroso en zonas pobladas. Up=1993V, (Permisible) para t=166ms Uc=1966V, (Permisible) para t=166ms Puesta a tierra de servicio; R< 15 para la efectiva actuación de los relés de distancia. Puesta a tierra como protección de la T contra descargas atmosféricas; osvalores deben ser los mas bajos económicamente posible, sobre todo en estructuras vulnerables a las descargas (Torres en cumbres, elevado nivel isoceraúnico), a fallas y de alto transito peatonal. lsayas@softhome.net 8

9 Distriuz Puesta a tierra en T Configuración de la puesta a tierra: Pueden ser sistemas simples o compuestos, entre jabalinas, contra peso simple, doble o auna profundidad de enterramiento de h=0,65 m Anillo de contrapeso Jabalinas y contrapeso radial lsayas@softhome.net CONTRAPESOS SIMPES e R = n d*h d R e h : Diámetro del conductor. (m) : Resistencia a tierra del conductor. ( Ohm ) : ongitud del conductor.(m) : Resistividad equivalente del terreno. ( -m) : Profundidad de enterramiento. (m) 9

10 APICACIÓN Determinar la resistencia de puesta a tierra, de un conductor horizontal, en las siguientes condiciones : = 50(m) ; = 100 ( Ohm - m ) d = (m) ; h = 0.6 (m) Solucion : R = n = n d * h (2 * 3.14 * 50) ( * 0.6) R = ( ) CONTRAPESOS COMPUESTOS 2 Contrapesos simétricos a 180 : 2 Contrapesos simétricos a : R 3 n 2a h 1,077 0,836 3,808 13,824 3 Contrapesos simétricos a 120 : 4 Contrapesos simétricos a 90 : 10

11 Aplicación Calcular la resistencia de puesta a tierra de una linea compuesta por dos contrapesos de 30 m de longitud dispuestos en angulo de 180 grados, resistividad 300 -m y un conductor de 15 mm de diámetro, enterrado a una profundidad de 0,7m. 0,366x300 4x60 60 R og log 60 0,015 0,7 Tarea Calcular la resistencia de puesta a tierra de una linea compuesta por dos contrapesos de 20 m de longitud dispuestos en angulo de 180 grados, resistividad 50 - m y un conductor de 15 mm de diámetro, enterrado a una profundidad de 0,7m. 11

12 CONTRAPESOS COMPUESTOS Y ANIOS CONCENTRICOS El objetivo es obtener Up y Uc dentro de lo permisible, en algunos casos es necesario varios anillos, cuya profundidad de enterramiento puede ir variando a medida que se aumenta el numero de anillos. Contrapesos de anillo Donde: D: Diámetro del anillo h: Profundidad de enterramiento d: Diámetro del conductor : D, longitud del conductor a: (d h)1/2 Rc n 1,27 a Jabalina equidistante en anillo Donde: D: Diámetro del anillo n: número de jabalinas b: Radio : D, longitud del conductor 4 R n 1 2n b D n 1 i 1 1 sen i n Distriuz Puesta a tierra en SS.EE Malla de tierra profunda Compuesto por conductores enterrados en forma horizontal formando malla y electrodos verticales en lugares apropiados generalmente en las esquinas de las cuadriculas las ventajas de la malla son: lsayas@softhome.net 12

13 Distriuz Puesta a tierra en SS.EE a malla es la manera más practica para controlar los potenciales anormales, debido a las Ift altas y resulta dificil de obtener reistencias bajas. a malla proporciona mejor dispersión de las corrientes de falla ya que con un electrodo simple seria imposible. as jabalinas conbinadas con la malla son de gran valor para terrenos de alta resistividad superficial. lsayas@softhome.net Métodos clasicos de cálculo METODO APROXIMADO DE AURENT y NIEMAN e R = *r e r R :(A/ )1/2 Radio medio de la malla (m) : Resistencia a tierra de la malla ( Ohm ) : ongitud del conductor de la malla (m) : Resistividad equivalente del terreno (Ohm - m) 13

14 APICACIÓN Determinar la resistencia de puesta a tierra, de una malla, en las siguientes condiciones: e = 100 (Ohm-m) e R = *r e m 3m 100 R = * = (Ohm) 27 APICACIÓN Calcular la R de la malla de un terreno de 100 -m de resistividad equivalente, de la malla mostrada. 10m 10m R 6,1 10x

15 Tarea Calcular la R de la malla de un terreno de 50 -m de resistividad equivalente, de la malla mostrada. 20m 10m Métodos clasicos de cálculo METODO SCHWARZ Método mas exacto que el anterior y se efectúa en dos pasos: a) Cálculo de la resistencia de puesta a tierra de la malla, R11 a) Cálculo de la resistencia de la jabalina, R12 R11 2 (n K1 a1 S - K2) R12 R11 1 (n 1) a1 15

16 Métodos clasicos de cálculo METODO IEEE-Std Método mas utilizado y se efectúa en los siguientes pasos: Paso 1: Investigación de las características del suelo Paso 2: Determinación de la If-t máx, considerar las futuras ampliaciones, la Rf, el cable de guarda, el factor de decremento. Diseño preliminar del SPAT Configuración del reticulado Elección de los materiales a utilizarse Cálculo de la longitud del conductor a utilizar requerido para el control de los gradientes Paso 3: Cálculo de la longitud del conductor a utilizar requerido para el control de los gradientes Entre los potenciales mas peligrosos es la tensión de malla. Em: Em=Km Ki (I/) Donde Km: Coeficiente que toma el efecto del numero de conductores en paralelo n, el espaciamiento entre conductores D, el diámetro del conductor d y la profundidad de enterramiento h. Km 1 2 D 2 n 16hd n( )( )( ) El número de los factores entre paréntesis es dos menos que el número de conductores en paralelo de la malla básica. 16

17 Cálculo de la longitud del conductor a utilizar requerido para el control de los gradientes Ki: factor de corrección de irregularidad, que toma en cuenta la no uniformidad del flujo de corriente en las diferentes partes de la malla. : Resistividad promedio del terreno en.m If: Corriente total máxima rms de falla a tierra, en A :ongitud total del conductor enterrado en m. Igualando la Em = U toque tolerable y considerando suelo uniforme (Cs=1) se determina la longitud del conductor requerido para mantener la tensión de malla dentro de los límites de seguridad T Ki =0,65+0,172 n KmKi If S t Paso 4: Cálculo de la resistencia de puesta a tierra Se recomienda hacer un cálculo preliminar según aurent y posteriormente cuando se logre la configuración definitiva del reticulado, se puede hacer un cálculo más exacto utilizando el método de Schwarz. Paso 5: Cálculo de la máxima elevación de potencial de la malla a máxima elevación de potencial de la malla con respecto a tierra remota va a ser E=IR, donde R es la resistencia de puesta a tierra del reticulado. 17

18 Paso 6: Cálculo de la tensión de paso en la periferia de la malla El chequeo de la máxima tensión de paso que puede ocurrir en el perímetro de la malla se hace: Epaso KsKi If Epaso Ep tolerable Ks: Coeficiente que toma en cuenta el efecto del número de conductores en paralelo n, espaciamiento D y la profundidad de aterramiento h de los conductores de la malla Ks 1 ( 1...) 2h D h 2D 3D El número total de términos entre paréntesis es igual al número de conductores en paralelo. Paso 7: Cálculo de la tensión de toque y paso internas Estos potenciales se encontraran dentro de los límites tolerables si es que se emplea por lo menos la longitud de conductor calculado. Todo lo tratado hasta aquí es válido para casos de falla, pero cuando se trata de una corriente permanente, se debe hacer un chequeo del valor de corriente que puede fluir a tierra sin causar peligro a las personas: 9mA para el hombre y 6mA para la mujer KmKi I If (1000 1,5 s) KmKi 9 (1000 1,5 s) xx 1000 Esta corriente a la vez sirve para la calibración de los relés. 18

19 Paso 8: Investigar los posibles potenciales transferidos Comprende el análisis de los efectos que puedan tener en la creación de potenciales peligrosos ciertos dispositivos como circuitos de comunicación, rieles, conductores neutros de baja tensión, equipos portátiles e instrumentos alimentados desde la subestación. Paso 9: Investigación de puntos peligrosos especiales Estos puntos son las cercas, las manijas de operación, la puesta a tierra del apantallamiento de los cables, la puesta a tierra de los pararrayos, etc. Paso 10: corrección o refinamiento del diseño preliminar Aplicación 19