diseño de una puesta a tierra para una camara de transformacion. 2012

7/22/2019 Diseo de una Puesta a Tierra para una Camara de Transformacion. 2012

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Escuela Politcnica Nacional Diseo de Alto Voltaje

Profesor: Ing. Paul Ayora Pgina 1

ESCUELA POLITCNICA NACIONALFACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA YELECTRNICA

DISEO DE ALTO VOLTAJE

DISEO DE PUESTA A TIERRA PARA UNA

CMARA DE TRANSFORMACIN

INTEGRANTES:Santiago Quishpe S

Richard Andrade

1. RESUMEN EJECUTIVOEl Diseo de la Puesta a Tierra para un Cmara de Transformacin se la realizo con los datos dados

en clase tomando en cuenta las diferentes maneras de combinacin de las varillas y con las


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investigacin de la normas que rigen el procedimiento para ello se utilizo las diferentes mejoras del

suelo para una correcta instalacin y que cumpla las condiciones establecidas.

2. INTRODUCCINEs muy importante dar la proteccin adecuada a una instalacin elctrica de cualquier tipo ya sea en

baja, media o alta tensin. Es importante conocer como Disear una Puesta a Tierra para una

Cmara de Transformacin esto se lo debe realizar siguiendo normas establecidas por la normas

internacionales y de las Empresas Distribuidoras de Energa Elctrica en este caso de la EEQ, este

diseo se lo realiza para prevenir la posibilidad de potenciales de contacto cuando se presenta una

falla en alguna parte de la carga instalada y para dar el punto de referencia al transformador para no

tener problemas de neutro flotante dentro de la instalacin elctrica. Es importante recordar que una

correcta puesta a tierra salva vidas y protege los aparatos electrnicos de daos elctricos como

sobre voltajes y sobre corrientes

Como se menciono anteriormente se somete el diseo a las normas internacionales para nuestro

caso tenemos:

NORMATIVA DE REFERENCIAS PARA PUESTAS A TIERRA

NORMA 80 IEEE

Para pequeas instalaciones de puesta a tierra como es la del caso de una cmara de transformacin

el Captulo XVI de la Norma 80 establece dos criterios principales para el diseo del sistema de

puesta a tierra los cuales bajo condiciones de operacin normal y condicin de falla los objetivos de

la puesta a tierra son:

a) Proporcionar un medio para disipar corrientes elctricas a tierra sin exceder ningn limiteen el quipo de operacin.

b) Asegurara que una persona cercana a una instalacin elctrica no se exponga el peligro deun choque elctrico

3. OBJETIVO Disear un Sistema de Puesta a Tierra para una Cmara de Transformacin que cumpla

con los datos establecidos, mejorando la resistividad del suelo y determinar el numero de

varillas que necesita dicho sistema cumpliendo con las normas establecidas por la EEQ en

un tiempo de trabajo optimo

4. ALCANCE El presente trabajo tiene como finalidad determinar todos los factores que implica el diseo

de un Sistema de Puesta a Tierra teniendo en cuenta nuestra zona de trabajo conociendo las

normas que se aplican tendremos la facilidad y el conocimiento del trabajo antes

mencionado para desarrollarlo eficazmente y de una manera profesional.

5. METODOLOGA APLICADA


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I NVESTIGACIN DE LAS CARACTERSTI CAS DEL TERRENO

Los parmetros de resistividad y resistencia, tienen significados diferentes. La resistividad elctrica del suelo describe la dificultad que encuentra la corriente a su paso por l. De igual manera se

puede definir la conductividad como la facilidad que encuentra la corriente elctrica paraatravesarlo. La resistencia elctrica viene determinada por la resistividad del suelo y su geometra[5]. Al considerar el suelo como un conductor rectilneo y homogneo de seccin S y longitudL, su

resistencia elctrica y resistividad son:

Entonces

El suelo es una mezcla de rocas, gases, agua y otros materiales orgnicos e inorgnicos. Esta mezcla

hace que la resistividad del suelo aparte de depender de su composicin interna, dependa de otrosfactores externos como la temperatura, la humedad, el contenido de sales, etc., que pueden provocarque un mismo suelo presente resistividades diferentes con el tiempo

Para el estudio de la puesta a tierra se determina el valor a trabajar para el diseo del SPT

= 21(*m)

TI PO DE SUELO Y SUS VALORES APROXIMADOS

Teniendo en nuestro planeta varios tipos de suelo hemos recogido informacin de los valores de la

resistividad de los terrenos ms comunes en la zona que son segn la siguiente tabla:

Terreno Resistividad (*m)

Suelo Orgnico Hmedo 10

Suelo Hmedo 100Suelo Seco 1000

Manto Rocoso 10000

GEOMETRA DE LA MALLA DE PUESTA A TI ERRA

La superficie de malla es otra caracterstica que se toma muy en cuenta en el terreno por lo cual

para esta malla se tienen un cuadrado de 3m por lado.

CORRIENTE MXIM A DE FALLA A TIERRA


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Para sistemas a nivel de distribucin la corriente de falla o de cortocircuito corresponde a:

Icc 3 (kA)

Ahora tomando en cuenta que siempre en el diseo de una malla de tierra es de importancia

determinar la falla que originara la ms alta corriente entre la malla y la tierra circundante, se ha

escogido para este diseo una corriente mxima de:

Ifalla= 3 kA

DISEO DE LA MALLA A TIERRA

La puesta a tierra para una pequea cmara de transformacin esta generalmente constituida por una

o varias varillas de cobre enterradas verticalmente, separadas entre ellas pero conectadas

metlicamente. El modelaje se lo hace con la suposicin de que las varillas estn conectadas

elctricamente por fuera y se basa en la teora electromagntica con modificaciones de carcter

prctico, adems se debe entender que al conectar una serie de varillas en el terreno no corresponde

a tener varillas en paralelo ya que el campo elctrico que se dispersa en el medio por una de las

varillas afecta a la otra y por ello se inducen cargas entre varillas y la relacin de circuitos

elctricos de tener resistencias en paralelo no corresponde a este caso, por otro lado se debe tener encuenta que el desarrollo de este modelo se basa en que la distancia entre varillas debe ser mucho

mayor al radio de la semiesfera equivalente, es por ello que cuando la distancia entre varillas

empieza a ser muy pequea la difusin de la corriente por cada uno de los electrodos afecta de

manera ms notoria al otro ocasionando que para la dimensin del cuadrado de 3m por lado se

llegue a un punto de resistencia mnimo y cuando se sigue aumentando el nmero de varillas la

resistencia empieza a aumentar ya que la separacin disminuye notoriamente.

Cuadro Hueco Cuadro Slido

Clculo del nmero de varillas de puesta a tierra a ser instaladas:

Existen dos tipos de configuracin para la malla el cuadrado hueco y el cuadrado slidomostrados en las dos figuras anteriores, para los cuales se tiene la siguiente expresin:

1 m

1 m

1 m

1 m 1 m 1 m

1 m

1 m

1 m

1 m 1 m 1 m


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=

Donde:r: radio de la semiesfera equivalente para la varilla [m]D: distancia entre varillas.N: numero de varillas en paraleloK: constante practica obtenida de distintas simulaciones y anlisis de mallas.

Los valores de N y K se obtienen de la siguiente tabla en funcin de un parmetro n que es elnmero de varillas por lado de la malla, con lo que se procede a realizar el anlisis.

Tabla Cuaderno:

N N K2 4 2.919

3 8 6.186

4 12 8.107

5 16 9.139

6 20 10.450

7 24 11.265

8 28 11.946

DATOS DE LA VARILLA:

Largo: 6 pies = 1.80 m

Dimetro: 5/8 pulgadas = 16 mm

ELECTRODO DE PICA EN PROFUNDIDAD

Las picas sern de acero recubierto de cobre, mayores de 14 mayores de 20 mm de dimetro y de1.8, 2.0 2.4 m de longitud empalmables o no [2.4.2.1.], con lo que la longitud depender del

nmero de picas que se empalmen.

Una pica empalmable (Figura 3.5.), consta de las siguientes partes: sufridera, manguito de

acoplamiento, electrodos; para empalmar dos picas basta desenroscar la punta de penetracin de una

y la sufridera de otra y enroscar.


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Figura. 3.5. Partes constitutivas de un electrodo de pica empalmable

Se ha establecido que se entierre solo 1.80 m de la longitud de la varilla, para permitir la conexin

metlica entre las varillas y para realizar controles de medicin de resistencia de puesta a tierra.

El valor solicitado para el diseo es de R


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3 m

3 m

Se realiz el clculo de resistencia para 3 tipos de cuadrado hueco y una con cuadrado slido:

Resistencia de dos varillas por lado:

( )

Resistencia de 3 varillas por lado

Para este caso se toma una valor D = 1.5m

1.5 m

1.5 m

1.5 m 1.5 m


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Resistencia de 4 varillas por lado

Para este caso se toma una valor D = 1m

Resistencia de 5 varillas en cuadro solido1.5m 1.5m

Para este caso se toma una valor D = 1.5m

1 m

1 m

1 m

1 m 1 m 1 m


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NOTA:

Como no se ha podido encontrar la resistencia adecuada para las configuraciones anteriores y ya

que la compra de varillas para la puesta a tierra es un poco costosa procedemos a realizar un

mejoramiento de la resistividad del suelo teniendo en cuenta que es un gasto adicional:

PROCEDIMIENTO PARA A MEJORA DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO

El problema de lograr una resistencia baja en la roca as como en otros suelos de alta resistividad,est asociada con el material en contacto con el electrodo y la compactacin que ste recibe alrellenar el agujero.El relleno ideal debe compactarse fcilmente, ser no corrosivo y a la vez buen conductor elctrico.La bentonita entre otros compuestos como el sulfato de magnesio o de sulfato de cobre, el chocoto o

de compuestos qumicos patentados (THOR GEL, el GEM de Erico, el GAP de Alta Conductividad2000 S.A., etc.) cumple con esos requisitos.

La bentonita es una arcilla consistente en el mineral montmorillonita, un silicato de aluminio, y

tiene la particularidad de absorber hasta cinco veces su peso de agua y de hincharse hasta 13 veces

su volumen seco. Y tiene una resistividad de 2.5 m con humedad del 300%.

Figura 2.28. Relleno de lynconita alrededor del electrodo.

Este mtodo es efectivo donde hay poco espacio como en banquetas o estacionamientos, pero esfcilmente demostrable que la resistencia a tierra obtenida, puede ser fcilmente obtenida de unamanera ms econmica con electrodos mltiples.El otro mtodo es excavar una zanja alrededor de la varilla y llenarla con unos 20 o 40 kg de los

compuestos qumicos mencionados anteriormente, diluyndolos con agua.


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3 m

3 m

Por ltimo, se puede utilizar uno de los cementos puzolnicos grafticos conductores (EarthLink

101, etc.) de la siguiente manera: se cubre el cable del electrodo (4/0 AWG) colocado

horizontalmente en una zanja de unos 75 cm de profundidad, con una capa de cemento seco de unos

5 cm de grueso y 50 cm de ancho. Con el tiempo, el cemento toma la humedad del suelo y

endurece. Este mtodo desarrollado en Japn en los 70s, tiene la ventaja que no requiere

mantenimiento, es antirrobo, y por el tipo de material, no se corroen los cables con el tiempo. Y, se

adapta perfectamente a los lugares donde la capa superficial es poco profunda y de alta resistividad.

VALOR DE RESISTENCIA ADECUADA DEL SPT PARA LA CAMARA DETRANSFORMACION

Puesto que hemos mejorado la resistividad del suelo logramos reducir la resistividad a un 30% por

con el producto qumico THOR GEL y la mezcla con el chocoto aplicando dos dosis que podemos

apreciar en el Anexo 1 todas las propiedades del gel:

Tenemos una resistividad del suelo mejorada de:

Resistencia de dos varillas por lado:

Para este caso K= 2,7071


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( )

Todas las posibilidades anteriores no cumplan con los requerimientos de la malla de puesta a tierrapara la cmara de transformacin; hemos decidido utilizar el diseo que consta de un nmero total

de 4 varillas separadas 2,5m y el mejoramiento del suelo con el fin de abaratarcostos ya que se utiliza el menor nmero de varillas Coperweld y cumple con el valor

preestablecido de la malla.

Geometra de la malla

Determinacin del conductor de conexin externa

Al no especificarse el mtodo de clculo de la seccin de conductor se lo ha obtenido de la siguiente

tabla, en la cual se considera la duracin de la falla:

Tiempo de Duracin de la falla ensegundos

Tamao mnimo de conductores en (mm2poramperio)

Uniones Soldadas Uniones AtornilladasCobre Cobre

30 0.02534 0.032429

3 0.008107 0.01064

1 0.004814 0.00608

0.5 0.00329 0.004307

Se establece que las uniones sern soldadas con suelda Cadweld, con lo cual finalmente se ha

desarrollado el clculo de seccin de conductor para los tres tiempos de falla:

Donde la Ifallaestablecida es 3 kA


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Tiempo de Falla (s) Seccin (mm2) Calibre AWG

30 76,02 3/0

3 24,321 21 14,442 4

0.5 9,87 6

De lo cual se ha establecido un valor de fallas de 3 segundos con lo cual el conductor a usarse es de

calibre 2 AWG.

TABLA DE VALORES DE PROFORMAS

PUESTA A TIERRA DE UN CMARA DE TRANSFORMACIN

LISTA DE MATERIALES A UTILIZAR

PRESUPUESTO

Tipo de Suelo Costo AproximadoPresupuesto del suelo con chocoto 100

Materiales:

Para mejorar la conductividad y disminuir la corrosin que se puede ocasionar en la unin entre el

conductor de puesta a tierra y el conductor de la bajante se va a realizar una mejor unin mediante

una suelda exotrmica

Suelda CadweldDescripcin Aplicaciones Precio unitario($) Precio($)

Caja Cadweld ysuelda

100 15,56 62,08

Mano de obra 1 40 40

Precio total por disparo (o punto) 25,52

Precio total por 4 disparos 102,08

Materiales para la puesta a tierraRef. Unidad Descripcin Cantidad Precio

unitario$Costo total

1 c/u Varilla de puesta a tierra deCopperweld, 16mmx1.80m +

Grapa Copperweld para varilla

4 20,72 82,88

2 m Conductor de cobre desnudosuave, N 2 AWG

13 5,13 67,08

Precio total materiales 149,96


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Direccin Tcnica: En el consta los costos por el diseo de ingeniera, y los costos de mano deobra porque el ingeniero a contratar tiene sus trabajadores propios y tambin se encarga de los

tramites frente a la empresa elctrica reguladora.

Descripcin Costo ($)

Estudio y direccin tcnica y Tramites 150

Total 502,04

Proveedor de los materiales INATRA CIA LTDA.

Recomendaciones:

Se recomienda realizar mantenimientos peridicos de la malla de puesta a tierra los que deben ser

efectuados por el grupo de operacin y mantenimiento con la finalidad de reducir los problemas

para lo cual se recomienda seguir el siguiente procedimiento:

Inspeccin visual peridica Medicin de resistencia de puesta a tierra Medicin de equipotencial Medicin de ajustes necesarios del sistema Revisar los conectores(existencia de corrosin) Tratamiento qumico para mejoramiento de suelos

Debido a la aparicin de cargas no lineales se recomienda realizar un estudio sobre la influencia que

tienen los sistemas de puesta a tierra sobre los efectos de dichas cargas.

BIBLIOGRAFA:

AYORA, Pal. Apuntes de Diseo de Alto Voltaje Captulo I (Instalaciones de Puesta aTierra).

PROCAINSA. La corrosin. http://www.procainsa.com/p-integral/p-integr.html RUELSA. Teora y diseo de sistemas de tierras segn las normas NOM e IEEE.

http://www.ruelsa.com/notas/tierras.html.

Normas para sistemas de distribucin de la EEQ S.A. parte A Gua para diseo de lasredes de distribucin y B referente a Estructuras Tipo. Construccin de los sistemas dedistribucin.

ANEXO 1

http://www.para-rayos.com/datos/gel20061.pdf

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