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SISTEMA DE PUESTA A TIERRA
Ing. Ricardo Zurita Armas
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CONTENIDO:
• Generalidades y conexiones de la puesta a tierra.
• Resisteividad del terreno
• Medición de la resistividad del suelo.
• Cálculo de la resistencia de la puesta a tierra
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Generalidades y Conexiones de la Puesta a Tierra.
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JUSTIFICACIÓN DE LA PUESTA A TIERRA:
Cuando se trata de instalaciones eléctricas que darán servicio a una extensa gama de aparatos eléctricos y electrónicos ya sean fijos o móviles; con carcazas metálicas y no metálicas, susceptibles al deterioro desde el punto de vista eléctrico, es fundamental la protección contra las fallas debido al deterioro del aislamiento que originan la aparición de tensiones por contactos indirectos.
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TOQUE ELÉCTRICO:
Es el contacto accidental con un conductor u objeto electrizado que ocasiona inicialmente estremecimiento y contracciones súbitas en una persona o en un animal; la severidad y consecuencias de estas y otras manifestaciones, dependerán de la intensidad de la corriente eléctrica y del tiempo que ésta circule por el cuerpo.
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Contacto Directo:
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Contacto Indirecto:
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Recorrido de la Corriente de Falla:
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Corrientes Admisibles Por El Cuerpo Humano:
IK (60 HZ) SENSACIÓN
Menor 1,0 mA LÍMITES DE PERCEPCIÓN
De 1,0 a 6,0 mA FASTIDIO, HORMIGUEO
De 6,0 a 25 mA MALESTAR, CALAMBRES
De 25 a 50 mA ASFIXIA, DESCONTROL
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Según el peso medio de la persona (70 kg asignado para los hombres y 50 kg. para las mujeres.), las normas adoptan como límite de corriente admisible, 50 mA, en intervalos de hasta 3,0 segundos
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Resistencia Eléctrica Del Cuerpo Humano:
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Potencial Admisible Por El Cuerpo Humano:
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OBJETIVOS DE LA PUESTA A TIERRA:
• Conducir a tierra todas las corrientes anormales que se originan como consecuencia de carcazas de los equipos eléctricas energizados.
• Evitar que aparezcan tensiones peligrosas para la vida humana en las carcazas metálicas de los equipos eléctricos.
• Permitir que la protección del circuito eléctrico, despeje la falla inmediatamente ocurrida ésta.
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CONEXIONES TÍPICAS DE ATERRAMIENTO DEL NEUTRO:
En los sistemas eléctricos el neutro de un transformador puede adoptar diferentes formas de tratamiento:• Neutro aislado.• Neutro aterrado.
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Sistema Eléctrico Con Neutro Aislado:
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Retorno de la corriente de falla
Neutro Flotante
Retorno de corriente de Falla
Flotante
Real
Vn/√3
Vn
Falla
I f
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Sistema Eléctrico Con Neutro A Tierra:
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Retorno de la corriente de falla
Neutro a Tierra (U=0)
Retorno de corrientes de falla
Real
Real
Vn/√3
Vn
Falla
I f
Conexión a tierra
Puesta a tierra
N
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Sistema con neutro aislado en 220 V
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Sistema con neutro a tierra en 220 V
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Puesta a Tierra de los Sistemas Eléctricos
Z
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Puesta a Tierra de los Equipos Eléctricos
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Resistividad del Terreno
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RESISTIVIDAD DE LOS SUELOS:
La resistividad de terreno es la resistencia que presenta al paso de la corriente un cubo de terreno de 1 metro de arista. Se mide en Ω m y se representa con la letra ρ.
I1 m
1 m
1 m
l
sR
Donde:ρ: Resistividad en (Ω m)R: Resistencia en (Ω)S: Sección en (m2)l : Longitud en (m)
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Factores Que Determinan la Resistividad de los Suelos:
En la resistividad del terreno influyen los siguientes factores y es necesario su evaluación:• Naturaleza de los suelos.• La humedad.• La temperatura del terreno.• La concentración de sales disueltas.• La compactación del terreno.• La estratificación del terreno.
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NATURALEZA DE LOS SUELOS:NATURALEZA DEL TERRENO RESISTIVIDAD
Ω-m
TERRENO PANTANOSOLIMOHUMOSTURBA HÚMEDAARCILLA PLÁSTICAMARGAS Y ARCILLAS COMPACTASMARGAS DE JURÁSICOARENA ARCILLOSAARENA SILÍCEASUELO PEDREGOSO CUBIERTO DE CÉSPEDSUELO PEDREGOSO DESNUDOCALIZA BLANDACALIZA COMPACTACALIZA AGRIETADAPIZARRAROCAS DE MICA Y CUARZOGRANITO Y GRES PROCEDENTES DE ALTERACIÓNGRANITO Y GRES MUY ALTERADOS
HASTA 3020 A 10010 A 1505 A 100
50100 A 200 30 A 40
50 A 500 200 A 3000
300 A 5001500 A 3000100 A 300
1000 A 5000500 A 100050 A 300
8001500 A 10000100 A 600
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La Humedad:
% Humedad% Humedad
Rh
oR
ho
(Oh
m
(Oh
m --
m)
m)
15%15%
La HumedadLa Humedad
% Humedad% Humedad
Rh
oR
ho
(Oh
m
(Oh
m --
m)
m)
15%15%
La HumedadLa Humedad
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La Temperatura Del Terreno:
Temp. ( ° C )Temp. ( ° C )
Rho
Rho(O
hm
(O
hm
--m
)m
)
0 ° C0 ° C
hielohielo
aguaagua
4 10 50 90 4 10 50 90 100100--20 20 --10 10
La TemperaturaLa Temperatura
Temp. ( ° C )Temp. ( ° C )
Rho
Rho(O
hm
(O
hm
--m
)m
)
0 ° C0 ° C
hielohielo
aguaagua
4 10 50 90 4 10 50 90 100100--20 20 --10 10
La TemperaturaLa Temperatura
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La concentración de Sales Disueltas:
% de Sal% de Sal
Rh
oR
ho
(Oh
m
(Oh
m --
m)
m)
2%2%
Concentración De Sales
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La Compactación Del Terreno:
CompactaciónCompactación
Rh
oR
ho
(Oh
m
(Oh
m --
m)
m)
2%2%
% Humedad% Humedad
W1W1
W2W2
W3W3
Compactación Del TerrenoCompactación Del Terreno
CompactaciónCompactación
Rh
oR
ho
(Oh
m
(Oh
m --
m)
m)
2%2%
% Humedad% Humedad
W1W1
W2W2
W3W3
Compactación Del TerrenoCompactación Del Terreno
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La Estratificación Del Terreno:
I I
I I
h
21
21
21
21
I I
I I
h
21
21
21
21
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Medición de la Resistividad del Terreno
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MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD:
Para conseguir un valor bajo de resistencia de puesta a tierra es necesario saber la resistividad del terreno y su espesor respectivo, para ello debe evaluarse el comportamiento del suelo como conductor eléctrico a partir de medidas realizadas con un instrumento llamado Telurómetro.
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ESTRATOS DEL TERRENO:
En gran parte de las ciudades del país, a la profundidad que se entierran los electrodos de puesta a tierra (máximo 3,5 m) el suelo está compuesto mayormente de dos estratos:
SUPERFIC IE D EL SUELO
TIERRA LIM O SAO ARENO SA
ESTRATO SUPERFIC IAL h 1
2C ONG LO M ERADO
TIERRA FINAPIEDRA M ENUDA
Y G RUESAESTRATO
SUBYAC ENTE
• Un estrato superficial: De 0,3 a 1,2 m
• Un estrato subyacente:
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FINALIDAD DE LA MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD:
• Obtener la resistividad de cada estrato o capa.• Encontrar la profundidad de los estratos o capa.• Ubicación óptima de las instalaciones de puesta
a tierra.
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MÉTODO WENNER PARA LA MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD:
Se colocan cuatro electrodos auxiliares en una línea recta, con igual separación e igual profundidad de penetración en el terreno.
C1
V
I
a aa
P1 P2 C2
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Ecuación para determinar la resistividad del terreno:
Donde:
: Resistividad del terreno (ohmio – metro)
R: Resistencia medida (ohmios)
a: Distancia entre electrodos (metros)
b: Profundidad de penetración de los electrodos (metros)
n: Factor aproximado que tiene un valor entre 1 y 2 (depende de la relación b/a)
La ecuación puede aproximarse a:
= 4 a R ; Si b > a
= 2 a R ; Si b a
naR 4
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Profundidad de la capa de terreno en estudio:
La profundidad de la capa de terreno del que estamos midiendo la resistividad, es directamente proporcional a la separación entre electrodos; su valor es:
a
P2 C2C1 P1
a a
I
V
MEDIDOR DE RESISTIVIDAD
h
0.3
m
ah4
3
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Suelo estratificado de dos capas:
a
1
2
12
a
a
2
1
a
21
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Suelo estratificado de tres capas:
a
1
321
a
a
1
a
321
a
1321
a
a
a
321
(a) (b)
(c) (d)
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Cálculo de la Resistencia de Puesta a Tierra
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SUELOSUELOCONJUNTO DECONJUNTO DE
ELECTRODOSELECTRODOS RTRT
SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA
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CONFIGURACIÓN GEOMÉTRICA DE LAS
PUESTAS A TIERRA
Los otros factores relevante en todo sistema de puesta a tierra son los electrodos a tierra y de la configuración geométrica.
• Electrodo vertical.
• Electrodo horizontal.
• Malla.
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ELECTRODOS VERTICALES (BARRAS )
• a : Radio de la barra (m)• R : Resistencia a tierra de la barra (Ohm)• L : Longitud de la barra (m)
• ρ : Resistividad equivalente del terreno (Ohm - m)
a
2LLn
L2
ρR
LL
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Varillas para puesta a tierra:
Los electrodos tipo jabalina, son varillas de cobre duro que en el mercado los podemos encontrar en longitudes estandarizadas de 2,0; 2,5; 3,0; 3,5 m con diámetros a escoger de 0,016 y 0,019 m. Estos electrodos se introducen en el terreno en forma vertical (por lo general) o en forma horizontal.
3/4” = 19 mm5/8” = 16 mm
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Partes de una Puesta a Tierra con Electrodo Vertical
1.- Acabado Exterior * Modelo Cerrado (con caja) * Modelo Abierto (en hoyo) * Modelo Ciego (cubierto)
2.- Electrodo Principal * Simple * Con Auxiliar
3.- Grapa Desmontable 4.- Conductor de Conexión 5.- Auxiliares del Electrodo 6.- Empalme Múltiple Soldado 7.- Pozo (Vertical) 8.- Relleno Conductor 9.- Lechos de Sal10.- Niveles de Impregnación
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APLICACIÓN
Determinar la resistencia de puesta a tierra de una barra en las siguientes condiciones:
L = 2,0 m ; = 100 Ohm - m
a = 0,008 m
Solución :
2 L 100 2 * 2
R = -------- Ln ------ = --------------- Ln -----------
2 L a ( 2* 3,14* 2) 0,008
R = 49,45 Ohm
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Resistencia de puesta a tierra de dos o mas electrodos en paralelo:
Si bien, el objetivo es disminuir la resistencia equivalente, esto se logra teniendo un espaciamiento mínimo entre jabalinas al doble de su longitud con el fin de evitar zonas de interferencia.
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![Page 52: Sistema de puesta a tierra.ppt](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062304/55cf9b20550346d033a4d816/html5/thumbnails/52.jpg)
![Page 53: Sistema de puesta a tierra.ppt](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062304/55cf9b20550346d033a4d816/html5/thumbnails/53.jpg)
ELECTRODOS HORIZONTALES
• d : Diámetro del electrodo (m).• R : Resistencia a tierra del conductor (Ohm).• L : Longitud del electrodo (m).
• ρ : Resistividad equivalente del terreno (Ohm - m).
• h : Profundidad de enterramiento (m).
L
h
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Partes de una Puesta a Tierra con Electrodo Horizontal
1.- Acabado Exterior * Modelo Cerrado (con caja) * Modelo Abierto (en hoyo) * Modelo Ciego (cubierto)
2.- Electrodo Principal * Simple * Con Auxiliar
3.- Grapa Desmontable 4.- Conductor de Conexión 5.- Auxiliares del Electrodo 6.- Relleno conductor 7.- Lecho de sal. 8.- Nivel de impregnación
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APLICACIÓN
Determinar la resistencia de puesta a tierra de un conductor horizontal en las siguientes condiciones :
L = 50m; ρ = 100 Ohm - m
d = 0,0022 m; h = 0,6 m
Solución :
L2 100 502
R = ---------- Ln -------- = ------------------ Ln ---------------- 2 L d * h (2 * 3,14 * 50) ( 0,0022 * 0,6)
R = 4,6 ( Ohm )
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MALLA A TIERRA (MÉTODO APROXIMADO DE LAURENT )
• S : Superficie que cubre la malla (m2).• R : Resistencia a tierra de la malla (Ohm).• L : Longitud total del conductor de la malla (m).· 𝝆 : Resistividad equivalente del terreno (Ohm - m).
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APLICACIÓN
Determinar la resistencia de puesta a tierra de una malla en las siguientes condiciones:
100 100R = --------------- + -------- = 14,16 Ohm 4 * 6*3/ 27
6 m
3 m
R = --------------- + ------ 4 * s/ L
= 100 Ohm-m
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CONCLUSIÓNES:
• No todos los terrenos son eléctricamente iguales.
• En un mismo terreno, cada sistema de
electrodos de puesta a tierra da origen a
valores de resistencia diferentes.
• No existe una solución única al problema de
las puestas a tierra, cada situación es
particular y por lo tanto se debe asumir como
tal.
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Ejecución de una Puesta a Tierra
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PRESUPUESTO APROXIMADO
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TORNILLODE SUJ EC ION
C ONDUC TORDE
C ONEXION
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Medición de la Resistencia de Puesta a Tierra
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Electrodos auxiliares
Equipo de medición(Telurómetr
o)
Pinzas auxiliares
Conductores
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E PC
A B
MG
F
Zona de medida para el cálculo delverdadero valor de la resistencia del
electrodo E
Res
iste
ncia
de
med
ida
Distancia entre E yel electrodo auxiliar
C