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SISTEMAS DE PUESTA A
TIERRA – SPT
EN DIEZ LECCIONES
CONFERENCISTA: ING. FAVIO CASAS OSPINA
Tunja, 20 de septiembre de 2013
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1 • LA HISTORIA
2 • LA DURA REALIDAD
3 • EL LÉXICO
4 • LAS CIENCIAS CONEXAS
5 • LA NORMALIZACIÓN
6 • EL DISEÑO
7 • LA CONSTRUCCIÓN
8 • LAS MEDICIONES
9 • EL MANTENIMIENTO Y MEJORAMIENTO
10 • APLICACIONES
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BREVE RESEÑA HISTÓRICA DE LAS PUESTAS A TIERRA
1720 S. GRAY y G. Wheeler realizan los primeros estudios sobre resistividad de rocas.
1879
Primera muerte con energía generada por el hombre
1892 El New York Board of Fire Underwriters (NYBFU) determina que la práctica de las conexiones a tierra es peligrosa y estas deben ser retiradas antes del 01/10/1892.
1904 VDE Publica las primeras recomendaciones sobre sistemas de puesta a tierra en Alemania.
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1915 Schlumberger y Wenner, independientemente idean los arreglos tetraelectródicos.
1915 Invención de los electrodos marca Copperweld.
1936 Charles A. Cadwell y F. H. Neff, realizaron con éxito una soldadura, mediante una reacción de oxido de cobre y aluminio.
1970 IBM y HP comenzaron a utilizar el cable aislado de tierras para equipo electrónico.
BREVE RESEÑA HISTÓRICA DE LAS PUESTAS A TIERRA
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COSTO ANUAL DE REPOSICIÓN DETRANSFORMADORES FALLADOS
TOTAL: US$6'052.000
U$1,489,000
U$466,000
U$384,000
U$486,000
U$319,000
U$2,908,000 CODENSA
EEPPM
CHEC
ELECARIBE
EPSA
OTRAS
COSTO ANUAL DE REPOSICIÓN DE TRANSFORMADORES
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Más de 20 43%
Entre 10 y 20 25%
Menos de 10
32%
ESTADÍSTICAS DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
EN TORRES DE TRANSMISIÓN
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MAYOR DE 5
OHMIOS
76%
MENOR DE 5
OHMIOS
24%
ESTADÍSTICAS DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
EN ESTACIONES DE COMUNICACIÓN
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RESISITENCIA DE TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN FALLADOS
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ACABAN DE TRAER LA HELADERA
NUEVA
OCÚPESE DE CONECTAR
LA TOMA A
TIERRA
AL
RATO
YA ESTÁ, SE-
ÑORA
LA CONECTÉ A LA
TIERRA DE
ESTA MACETA
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Aire
Tierra (Earth / Ground)
LEY DE PARETO EN SPT
80 %
20 %
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3 •EL LÉXICO
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TIERRA (Ground o Earth)
Masa conductiva de la tierra con potencial cero. Para sistemas eléctricos, es una expresión que generaliza todo lo referente a conexiones con la tierra.
En temas eléctricos se asocia a suelo, tierra, masa, chasis, carcasa, armazón, estructura o tubería de agua.
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Aire
Puesta a Tierra
(Grounding / Earthing)
Tierra (Earth / Ground)
r
SISTEMA DE PUESTA A TIERRA
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Puesta a Tierra
(Grounding / Earthing)
N
T
Red Equipotencial
(Equipotential Network / Grounded) S
P
T
Grounding
System
Earthing
System
SISTEMA DE PUESTA A TIERRA
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SPT TEMPORAL
Es el que pertenece al circuito de corriente; sirve tanto para condiciones de funcionamiento normal como de falla.
SPT PERMANENTE
Dispositivo de puesta en cortocircuito y a tierra, para protección del personal que interviene en redes desenergizadas.
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CIRCUITO EN MODO COMÚN Y MODO DIFERENCIAL
IextIext
ZS
ZL
IMD
IMC
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CORTOCIRCUITO Y FALLA A TIERRA
(CC) (FT) F
F CC
CC FT
FFT
FT
FT
T
N
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TIERRA DE PROTECCIÓN
V=120
I>0
I=0 Tubería
V=0
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Músculos
Cerebro
Ondas
I I
NERVIOSO: La corriente (onda) extraña provoca alteración
en los impulsos
SOLUCIÓN: Corte de corriente
QUÍMICO: Disolución (electrolisis) en las células y líquidos
RECETA: 1 ó 2 cucharadas de bicarbonato de sodio en un vaso
de agua cada hora.
CALORÍFICO:Cuando por un conductor circula corriente, se
desarrolla energía en forma de calor. Se producen quemaduras
W = RI2t
RECOMENDACIÓN: Tratamiento médico a las quemaduras.
I I
+ + + + + + + +
_ _ _ _ _
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ELECTROFISIOPATOLOGÍA
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UMBRALES DE
SOPORTABILIDAD 0.1 0.2 0.3 1 2 5 10 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000
10
20
50
100
200
500
1000
2000
5000
10000t (ms)
I(mA)
1
Habitualmente ningun efecto fisiopatológico peligroso
Habitualmente ningun riesgo de fibrilación
Riesgo de fibrilación (hasta aproximadamente un 5%)
Riesgo de fibrilación (hasta aproximadamente un 50%)
Habitualmente ninguna reacción
ZONA 2
ZONA 3
ZONA 4
ZONA 5
ZONA 1
Paro cardíaco, paro respiratorio y quemaduras severas
ZONA 6Riesgo de fibrilación (por encima de un 50%)
DALZIEL (IEEE)
IEC
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2
3
41ÁNODO
CÁTODO
ELECTROLITO
CONEXIÓN
Iones
CONDICIONES PARA QUE EXISTA CORROSIÓN
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PRINCIPALES NORMAS
• BAJA TENSIÓN: NEC / NTC 2050 / RETIE / IEC 60364
• DISTRIBUCIÓN: ANSI C2 / IEEE 1410
• SUBESTACIONES: IEEE 80 / IEEE 837
• GENERACIÓN: IEEE 665
• TELECOMUNICACIONES: UIT / EIA / TIA / MOTOROLA
• PROTECCIÓN CONTRA RAYOS: IEC 62305 / NTC 4552
• EQUIPO ELECTRÓNICO: IEEE 1100 / IEC 61000-5-2
• MEDICIONES: IEEE 81 / IEC 61557
• TIERRAS TEMPORALES: IEC 61230 / IEEE 1048
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CONEXIONES Y TÉRMINOS PARA SISTEMA TN-C-S
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INTERCONEXIÓN DE PUESTAS A TIERRA
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Sistema de puestas a tierra dedicadas e interconectadas
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INTERCONEXIÓN DE PUESTAS A TIERRA
Configuraciones prohibidas
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PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
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Medición de Resistividad
Modelamiento del suelo
Recolección de datos del sistema de
potencia
Asuma un diseño preliminar de la PT
Calcule la impedancia de todas las PT
Realice análisis detallado del SPT:
Resistencia, tensiones de paso y
contacto en porcentaje del GPR
Calcule el GPR
Evaluación del Nivel de Riesgo
Cumple los criterios
de seguridad?
FIN
Modificaciones a
las estructuras, si
aplica.
Modificaciones al
diseño de la
puesta a tierra
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-10 -5 0 5 1010 5 0-5
-1014042
10532
7021
3511
010
50
-5
-10
-10
-5
0
5
1 0
14042
10532
7021
3511
11 70210 643
9 5858 5267 4686 409
5 3504 2923 233
2 1751116
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POTENCIALES SOBRE UN ELECTRODO TIPO VARILLA
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Si r0 =L R = 94%
ÁREA DE INFLUENCIA DE UN ELECTRODO
r1
r0
L
Cílindro crítico
Electrodo
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CÁLCULO DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
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VALORES MÁXIMOS DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
USO PARA VALOR MÁXIMO DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
Estructuras de líneas de transmisión. 20 Ω
Subestaciones de alta y extra alta tensión. 1 Ω
Subestaciones de media tensión en poste. 10 Ω
Subestaciones de media tensión de uso interior. 10 Ω
Protección contra rayos. 10 Ω
Neutro de acometida en baja tensión. 25 Ω
Descargas electrostáticas. 25 Ω
Equipos electrónicos sensibles. 5 Ω
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TRANSFORMADOR CON PANTALLA ELECTROSTÁTICA
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MATERIAL POTENCIALES
ELECTROQUÍMICOS
TEMPERATURA
DE FUSIÓN
CONDUCTIVIDA
D RELATIVA
CATÓDICO
S
Oro
Plata
Cobre
Bronce
Latón
+ 1,69
+ 0,80
+ 0,52
1063
960
1082
71%
106%
100%
30%
21%
Hidrógeno 0,00
ANÓDICO
S
Estaño
Níquel
Hierro
Cromo
Zinc
Aluminio
- 0,14
- 0,23
- 0,44
- 0,74
- 0,76
- 1,66
232
1452
1535
1890
419
660
14%
16%
14%
----
30%
60%
CARBÓN DE COQUE 0.03%
TERRENO MUY BUEN CONDUCTOR 1X10-8 %
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CONDUCTORES PARA PUESTAS A TIERRA
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1. ALTA CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA.
2. ALTA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA.
3. ALTA RESISTENCIA A LA TRACCIÓN.
4. MÍNIMA DILATACIÓN LINEAL.
5. MÍNIMA ELONGACIÓN PERMANENTE.
6. GRAN ESTABILIDAD ESTRUCTURAL.
7. RESISTENCIA AL ATAQUE ELECTROQUÍMICO
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REQUISITOS DE LOS ELECTRODOS DE PT
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REQUISITOS PARA ELECTRODOS DE PT
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Tipode
Electrodo
Materiales
Dimensiones mínimas
Diámetro (mm)
Área (mm2)
Espesor (mm)
Recubrimiento
(mm)Varilla Cobre 12,7
Acero inoxidable 10
Acero galvanizado en caliente 16 70
Acero con recubrimientoelectrodepositado de cobre
14 250
Acero con recubrimiento totalen cobre
15 2000
Tubo Cobre 20 2
Acero inoxidable 25 2
Acero galvanizado en caliente 25 2 55
Fleje Cobre 50 2
Acero inoxidable 90 3
Cobre cincado 50 2 40
Cable Cobre 1,8 para cada hilo
25
Cobre estañado 1,8 para cada hilo
25
Placa Cobre 20000 1,5
Acero inoxidable 20000 6
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INSTALACIÓN DE ELECTRODOS TIPO VARILLA
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PROCESO DE APLICACIÓN DE SOLDADURA EXOTÉRMICA
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MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD APARENTE DEL TERRENO
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MÉTODO DE LA CURVA DE CAÍDA DE POTENCIAL
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MEDICIÓN DE RESISTENCIA EN ZONAS URBANAS
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MONTAJE DE COMPROBACIÓN DEL TELURÓMETRO DE ALTA FRECUENCIA
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MONTAJES PARA MEDICIÓN DE TENSIONES DE PASO Y DE CONTACTO
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MÁXIMO PERIODO ENTRE MANTENIMIENTOS DE UN SPT
Nivel de
tensión de la
instalación
Inspección
visual
(años)
Inspección
visual y
mediciones
(años)
Sistemas
críticos(1)
Inspección
visual y
mediciones
(años)
Baja 1 5 1
Media 3 6 1
Alta y Extra Alta 2 4 1
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TÉCNICAS DE MEJORAMIENTO DE PUESTAS A TIERRA
• INSTALAR CONTRAPESOS
• HACER ANILLOS ALREDEDOR DE ESTRUCTURAS
• HACER MALLAS DE TIERRA EXTENSAS
• UTILIZAR CONCRETOS ESPECIALES
• UTILIZAR CONCRETOS CONDUCTIVOS
• INTRODUCIR ELECTRODOS AL CONCRETO
• UTILIZAR ELECTRODOS QUÍMICOS
• HACER RELLENOS
• UTILIZAR SUELOS ARTIFICIALES
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ECUACIONES PARA MEJORAMIENTO
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06,0*5,01*12ln* sa
dhl
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r
06,0*5,01*8ln*
2sad
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R rr
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Contrapeso
Varilla
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ENTRADA A UN CUARTO DE
EQUIPOS
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PUESTA A TIERRA EN SISTEMAS DE
DISTRIBUCIÓN
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CONDUCTOR AISLADO Y CONDUCTOR DE PROTECCIÓN
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