resistividad y diseno mpt cond lomas de javiera r13 11 2015

MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD DE SUELO Y

DISEÑO DE MALLA PUESTA A TIERRA BAJA TENSION

CONDOMINIO LOMAS DE JAVIERA

TEMUCO

Reporte Preparado por:

Roberto Cañete R

Ingeniero Civil en Electricidad

13 noviembre 2015

Resistividad de terreno y Malla puesta a tierra – Condominio Javiera Carrera

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SISTEMA PUESTA A TIERRA DE BAJA TENSIÓN

1. MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD

ANTECEDENTES

Obra : Condominio Lomas de Javiera, Temuco

Ubicación : Javiera Carrera 0102 - Temuco

Mandante : Escatel Ltda.

Ejecutor : Roberto Cañete


Lic. SEC 6.878.062-4

Método : SCHLUMBERGER (4 electrodos)

Instrumento : METREL

EARTH-INSULATION TESTER MI-2088

Nº serie 16120752

DATOS DE TERRENO

Fecha : 12 noviembre 2015

Hora : 15:30 AM

Clima : Nublado

Suelo : Tierra arcillosa

Mediciones : 23

Observaciones : Terreno en proceso de faena con cortes de terreno y nivelación.

Suelo compactado

METODOLOGÍA

El método de Schlumberger consiste en la utilización de cuatro electrodos ubicados en una línea

recta. Los dos electrodos de potencial (P1 y P2) se disponen en forma simétrica con respecto al

centro de medición elegido y a una distancia pequeña entre sí (1 a 3 m). Los electrodos de

corriente (C1 y C2) se disponen también simétricamente con respecto al centro de medición.

A través de esta configuración, se inyecta corriente al suelo midiéndose la caída del voltaje que se

produce en distintos puntos del suelo, obteniéndose como consecuencia una resistencia

equivalente, denominada Rmed. (Lectura del medidor), que corresponde a (V/I)

A partir de las mediciones se registra (Rmed) y a través de la formula de Schlumberger, indicada a

continuación, se obtiene la resistividad de suelo aparente para cada punto de medición y a partir de

curvas patrón se determina resistividad equivalente del suelo o terreno (Rho).


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ρa= (V/I) x ¶ x (L2 – a

2/4)/a

ρa= Rmed x ¶ x (L2 – a

2/4)/a

Para a=1, se aplica: ρa= Rmed x ¶ x (L2 – 0,25)

Las lecturas obtenidas en terreno, se grafican en papel logarítmico en función de su

espaciamiento, dónde el eje X representa la distancia entre el centro y el electrodo de corriente (L

en metros) y el eje Y la resistividad aparente del terreno para cada medición, la cual se obtiene

aplicando la ecuación de Schlumberger a partir de la resistencia (Rmed.) obtenida por el

instrumento en cada punto de medición.

Aquellos cambios de tendencia o puntos de inflexión en la curva representan un cambio de capa o

de suelo que da lugar a diferentes resistividades y profundidades.

2. INTERPRETACION DE LAS MEDIDAS

Con el fin de determinar la resistividad equivalente del terreno y poder diseñar la malla puesta a

tierra en forma adecuada, se utiliza:

a) Método de Curvas Patrón

Dada una curva de sondeo eléctrico vertical obtenida mediante medidas de campo, deducir y

conocer la estructura geoeléctrica que la ha producido, no tiene solución única. En la práctica,

suponiendo que a cada curva de campo le corresponde una única estructura, se compara la curva

A L (m) Rmed ρa=

1 1,0 14,09 33,2

1 1,5 5,32 33,4

1 2,0 3,08 36,3

1 2,5 1,87 35,2

1 3,0 1,41 38,8

1 3,5 0,96 36,2

1 4,0 0,77 38,1

1 4,5 0,60 37,7

1 5,0 0,54 42,0

1 5,5 0,39 36,8

1 6,0 0,35 39,3

1 6,5 0,34 44,9

1 7,0 0,32 49,0

1 7,5 0,28 49,3

1 8,0 0,25 50,1

1 8,5 0,18 40,7

1 9,0 0,14 35,5

1 9,5 0,12 33,9

1 10,0 0,11 34,5

1 11,0 0,09 34,1

1 12,0 0,08 36,1

1 15,0 0,05 35,3

1 20,0 0,03 37,7


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de campo con las curvas de resistividad aparente patrón. Si se obtiene un calce perfecto entre la

curva de terreno y una curva patrón, se supone que la estructura del terreno es idéntica a la

teórica. Las curvas se construyen en papel bilogarítmico y están normalizadas, con el objeto de

independizarse de las unidades y magnitudes de la medición, interesando sólo la forma de ella.

Las curvas patrón de mayor uso son las de Orellana y Mooney, utilizadas en este estudio.

En rojo la curva medida y en azul la curva de ajuste que representa un error del 9% que se ajustará

en la medición de Rho.

De acuerdo a los valores relativos de la resistividad aparente obtenidos en terreno y a su

correspondiente curva f(ρa,L) se busca la curva patrón de Orellana y Mooney.

A continuación se muestra curva real de resistividad aparente (registros de terreno) y la curva

ajustada (en puntos) la que nos permitirá buscar la curva patrón equivalente (Orellana y Mooney).

De acuerdo a la estructura de la curva, correspondería a una curva de tres capas, donde ρ1 < ρ2 y

ρ3 < ρ2

Una vez identificada la curva patrón y en conjunto con la curva de terreno, se procede a identificar

la resistividad por capa y su correspondiente profundidad, asumiendo homogeneidad horizontal del

suelo para cada capa.

Curva equivalente seleccionada de Orellana y Mooney corresponde a curva de tres capas

Resultados:

ρ1= 34 para h1 = E1 = 1,7 metros

ρ2= 85 para h2 = E2 = 0,8 metros

ρ3= 34 para h3 = E3 >> 10 metros


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b) Cálculo de la resistividad del terreno (equivalente).

El cálculo del Sistema Puesto a Tierra (STP), requiere conocer la resistividad del terreno,

equivalente a la acción conjunta de las resistividades y los estratos presentes en el área a ocupar

por dicho sistema.

De acuerdo a Burgsdorf – Yakobs para este caso especifico que cuenta con tres estratos f(ρ,E), la

resistividad equivalente del terreno está dada por:

ρeq= F3 / ( F1/ ρ1 + (F2-F1) / ρ2 + (F3-F2) / ρ3 )

Donde F: Variable que depende de las dimensiones físicas del electrodo a tierra para enterrar en el

suelo sondeado.

F ( Vf (qf (r,h), E, ro), ro F(r F(s), h)

Donde:

E: Ancho de cada capa

h: Profundidad de instalación de la malla

r: radio equivalente del área cubierta por la malla

ro: relación (r,h)

q: relación (r,h)

Aplicando las ecuaciones de Burgsdorf – Yakobs y características constructivas de la Malla Puesta

a Tierra de 24 m2 se obtiene: ρeq.= 37 Ω-m


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3. DISEÑO Y DETERMINACIÓN DE RESISTENCIA DE MALLA PUETSA A TIERRA

a) Malla Proyectada

Se considera una malla de geometría rectangular de acuerdo a las características y dimensiones

según proyecto. Por lo tanto, una vez obtenido en valor de la resistividad equivalente del terreno, se

procede a determinar el valor de la resistencia esperada de la malla puesta a tierra y verificar el

cumplimiento de la normativa vigente.

Las características del enmallado según proyecto:

Largo lado a = 6 metros

Ancho lado b = 4 metros

Reticulado: 2 metros para ambos lados

Área = 24 m2

Largo conductor = 34 metros

Profundidad de enterramiento = 0,8 metros

Sección del conductor = 33,6 mm2 (AWG N°2)

Aplicando el método de Burgsdorf - Yacobs indicado precedentemente, con los valores de

resistividades obtenidos y la malla propuesta, se obtiene la resistividad equivalente del terreno.

Para este caso en particular Rho equivalente = 37 Ω-m

b) Determinación de la Resistencia de la Malla Puesta a Tierra

Se hace uso de las ecuaciones de Schwarz para el cálculo aproximado de la resistencia de la malla

puesta a tierra, tomando en consideración la topología de la malla propuesta y la resistividad

equivalente de suelo.

Las expresiones de Schwarz son las siguientes:

Kh

S

A

B

Kh

S

h

S

A

B

RL

LnL

h d

K L

SKM

e

1

2

12

1 432 3

0 044

5 58

0 15

2

,,

,

, ,

Donde:

e : Resistividad equivalente de suelo ( - m)

L : Largo total del conductor de la malla (m)

h : Profundidad de enterramiento de la malla (m)

S : Área total de la malla (m2)

A : Lado mayor del reticulado (m)

B : Lado menor del reticulado (m)

d : Diámetro del conductor de la malla


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Considerando los valores de diseño

ρeq = 40 - m resistividad equivalente para terreno homogéneo corregido al 9%.

dc =0,00654 m diámetro del conductor de la malla (Nº4 AWG)

h = 0,8 m profundidad de la malla (enterrada)

A = 6 m largo mayor de la malla

B = 4 m largo menor de la malla

S = 24 m2 superficie que cubre la malla

L = 34 m longitud total de los conductores de la malla

Ret. = 2 y 2 espaciamiento de la malla en lado a y b respectivamente

Ejecutando el método de Schwarz, el resultado es:

Constante k1 = 1,08

Constante k2 = 4,56

Resistencia de la malla esperada Rm = 3,7 ( ) con Rho = 40 Ω-m

4. VERIFICACIÓN CAPACIDAD DEL CONDUCTOR

El IEEE Std. 80-1986, Guide for Safety in Substation AC Grounding, la norma aceptada por la

industria eléctrica, usa la ecuación de Onderdonk como base para seleccionar el mínimo tamaño

del conductor que se funda bajo condiciones de falla.

Para conductores de cobre esta ecuación es:

Top

T

TLog

IS

A

A

F

MIN

33

1234

1083

1973

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Esta ecuación se transforma en la siguiente expresión, la que se evalúa dependiendo del tipo de

unión a utilizar para la construcción de la malla, la que permite determinar la sección mínima que

debería tener el conductor:

SK I T

min

F op

1973

Tipo de unión T° máxima

admisible (°C )

Valor de K

Conductor solo 1083 6,96

Conexión autofusión 1083 6,96

Conexión soldada 450 9,12

Conexión apernada 250 11,54


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Considerando un transformador de alimentación de 75 kVA y tensión porcentual de cortocircuito del

transformador del 4%, tensión en el secundario de 380V, se obtiene como corriente de cortocircuito

en el secundario ( If ) de: If = 2,85 kA

Por tanto, la sección mínima del conductor para:

If = 2,85 kA

Top = 0,5 seg

Unión de cobre por Termofusión

Smin = 6,96 x 2.850 x 0,5 = 7,1 mm2

1973

De acuerdo a lo anterior se deberá utilizar en la confección de la malla puesta a tierra un conductor

con sección mayor a 7,1 mm2, para las condiciones eléctricas indicadas arriba, como medida de

seguridad se contempla conductor de sección a lo menos 50% mayor, por tanto se recomienda

conductor de cobre desnudo N°4 AWG (21,2 mm2) o de mayor sección.

5. CONSIDERACIONES Y RECOMENDACIONES.

Construcción.

Las características constructivas mínimas a considerar en el diseño serán las siguientes:

- El tamaño del conductor para la puesta a tierra deberá estar dimensionado considerando las

magnitudes máximas de duración esperada frente a una falla de corriente.

- Se utiliza cable de cobre desnudo de 7 hebras para confeccionar el enmallado.

- Las uniones del conductor de la malla se deberán realizar por medio de termofusión, con una

cantidad de colada de cobre obtenida en la reacción, suficiente para producir la fusión de los

conductores, con una masa depositada que garantice una conductividad del 100% de la

capacidad del conductor. No se aceptarán uniones apernadas.

- Los conductores del sistema de puesta a tierra deben ser continuos, sin interruptores o

medios de desconexión y cuando se empalmen, deben quedar mecánica y eléctricamente

seguros mediante soldadura o conectores certificados para tal uso.

- La Malla Puesta a Tierra debe contar con una camarilla de registro para inspección, según lo

indicado en la Norma Elec NCh 4/2003.

- Los conductores de los cableados de puesta a tierra que por disposición de la instalación se

requieran aislar, deben ser de aislamiento color verde o identificado con marcas verdes en

los puntos de inspección y extremo.

- Se debe dar cumplimiento cabal a lo dispuesto en la Norma Chilena de Electricidad NCh

N°4/2003.

Mejoramiento de Terreno (suelo).

Los terrenos pueden ser mejorados en su totalidad o parcialmente de modo que se supriman las

partes de alta resistividad y se reemplacen por otros de baja resistividad; uno de estos

procedimientos es el zarandeo del terreno donde se desechan las piedras y elementos externo

contenidas en el terreno.

El cambio total o parcial del terreno deberá ser lo suficiente para que el electrodo tenga un radio de

calidad de terreno que sea de 0,1 a 0.5 m en todo su contorno así como en su fondo.


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El contratista debe asegurar que el terreno donde se emplazará la malla quede compactado.

Aplicación de tratamiento químico.

Utilización de compuesto químico en forma de solución, que se aplica alrededor de los electrodos

de la malla (excavación), de manera que facilita el movimiento de ciertos iones dentro de la malla,

de modo que puedan cruzarlo en uno u en otro sentido; convirtiéndose en un excelente conductor

eléctrico, además de mantener humedad alrededor de éste. El uso de este componente es

opcional dada la calidad de suelo.

Emplazamiento.

Se recomienda que el emplazamiento de la malla puesta a tierra sea lo más cercana al empalme y

sala de electricidad.

6. CONCLUSIONES

De acuerdo a las mediciones de suelo realizadas y al análisis posterior a través de los cálculos

representados en este informe, la resistividad equivalente de suelo obtenida es de 37 Ω-m (para

terreno homogéneo de tres capas).

El conductor seleccionado para confeccionar malla de tierra, será cobre desnudo de 7 hebras de

33,6 mm2 de sección (N°2 AWG) el cual cumple con la ecuación de Onderdonk (sección mínima de

conductor) para una demanda de potencia de 75 kVA, Corriente de cortocircuito lado de baja

tensión de 2,85 kA y tiempo de despeje de corriente de falla de 0,5 segundos.

Considerando las características constructivas de la malla de tierra propuesta: conductor,

dimensiones, entre otras características, la resistencia esperada según ecuaciones de Schwarz

Rmalla = 3,7 Ω.

Con el objetivo de asegurar el valor de la resistencia de malla de puesta a tierra esperada o menor,

se recomienda mejoramiento de terreno.

En anexo se entrega:

- Malla de puesta tierra

- Fotografías de registro de mediciones

Roberto Cañete R.


Licencia SEC 6.878.062-4


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ANEXO 1. MALLA DE PUESTA A TIERRA

2. EMPLAZAMIENTO PROPUESTO

Se recomienda:

Limpieza de terreno eliminando elementos de baja conductividad (piedras, ladrillos, maderas, etc. y

aplicar aditivo gel (6 sacos) para asegurar un valor de resistencia de puesta atierra menor al

esperado.

Emplazamiento lo más cercano al Tablero General o Tablero de Distribución.


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3. REGISTROS

Se incorporan al presente informe algunas mediciones registradas en terreno.

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