Calculo de Malla de Puesta a Tierra

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    18-Aug-2015

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Calculo de Malla de Puesta a Tierra

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Repblica Bolivariana De Venezuela Universidad Del Zulia Facultad De Ingeniera Escuela de Ingeniera Elctrica Materia: Tcnicas de Alta Tensin Prof. Rafael Mancilla La malla reticular de puesta a tierra. Br. Eduardo Socorro C.I.:19.809.406 Maracaibo, mayo de 2015. 2 ndice ContenidoPg. Introduccin. .................................................................................................. 3 1.Definicionesyherramientasdeclculobsicaspara el diseo de una malla de puesta a tierra. ....................................................... 4 1.1.Tensin de paso................................................................................................................... 4 1.2.Tensin de toque. ................................................................................................................ 5 1.3.Factores involucrados en el clculo de las tensiones de paso y toque. .............................. 6 1.4.Resistencia de puesta a tierra. ............................................................................................ 7 1.4.1.Mtodo de Laurent y Niemann. .................................................................................. 7 1.4.2.Mtodo de Dwight. ..................................................................................................... 7 1.5.Conductor de la malla. ........................................................................................................ 9 2.Procedimiento para el clculo de la malla de puesta a tierra.............................................................................................................. 10 1.6.Premisas: ........................................................................................................................... 10 1.7.Procedimiento. .................................................................................................................. 10 Conclusin .................................................................................................... 11 3 Introduccin. Acontinuacinsepresentaunprocedimientoesquematizadorespectoa lasconsideracionesyclculosnecesariosparalacorrectaelaboracindeuna malla reticular de puesta a tierra, la cual tiene como objetivo principal brindar seguridad al personal autorizado para transitar en las instalaciones donde esta se instale. Adems, cumple con la misin de proteger dichas instalaciones, equipos ybienesengeneralevitandosobretensionesproducidaspordescargas atmosfricas, corrientes de falla a tierra, operacin o maniobras de disyuntores yproporcionarunavarpidadedescargadebajaimpedanciaconelfinde mejorar y asegurar el funcionamiento de protecciones al facilitar y garantizar la correcta operacin de estos dispositivos. 4 La malla reticular de puesta a tierra. Antesdepresentarelprocedimientoapropiadoparaeldiseodeuna mallareticulardepuestaatierraesnecesarioconocerciertasdefinicionesy herramientas previamente, las cuales sern explicadas a continuacin: 1.Definicionesyherramientasdeclculobsicasparaeldiseodeuna malla de puesta a tierra. 1.1.Tensin de paso. Se denomina tensin de paso a la diferencia de potencial entre dos puntos deunterrenoquepuedensertocadossimultneamenteporunapersona;su valor permisible est dado por: = 165 + Donde: Ep: Tensin de paso permisible en voltios. : Resistividad de la superficie del terreno en (-m). t: Duracin de la falla en segundos. Ahora bien, paraconocer latensinde pasoreal debehacerse usodela siguiente expresin: = . .. Donde: : Tensin real de paso en voltios. : Coeficiente de irregularidad del terreno. 5 :Coeficientequetieneencuentalainfluenciacombinadadela profundidad y del espaciamiento de las retculas de la malla. : Resistividad del suelo en (-m). I: corriente mxima de falla a tierra en amperios. L: longitud total de los conductores que conforman la malla en metros. 1.2.Tensin de toque. Tambin es llamada tensin de contacto, esta se refiere a la diferencia de potencial entre un punto en la superficie del terreno y cualquier otro punto que se pueda ser tocado simultneamente por una persona; su valor permisible est dado por: = 165 +0,25. Donde: Et: Tensin de toque o contacto permisible en voltios. Anlogamente,paraelclculodelatensindetoquerealseempleala siguiente expresin: = . .. Donde: : Tensin real de toque en voltios. : Coeficiente que tiene en cuenta las caractersticas geomtricas de la malla. Cabe destacar que los valores de tensiones de paso y toque reales deben ser siempre menores que sus respectivos permisibles. 6 1.3.Factoresinvolucradosenelclculodelastensionesdepasoy toque. Paraladeterminacindelosfactoresesnecesariotenerencuentalas siguientes definiciones: a: Longitud de la malla (m). b: Ancho de la malla (m). L: Longitud total del conductor (m). n: Nmero de conductores en paralelo de longitud a. m: Nmero de conductores en paralelo de longitud b. D: Espaciamiento entre conductores (m). h= Profundidad de enterramiento (m). d= Dimetro del conductor (m). Paraunadistribucincuadradaorectangular,lalongitudtotaldel conductor puede calcularse como: = . +. En caso de que la distribucin presente otra topologa debern emplearse otrasherramientasdeclculo,inclusivepodrallegararequerirselasumade cada segmento de conductor calculado por por separado para lograr una mejor estimacin. En consideracin a lo anterior se tiene: =1(2.). ln(216..) +1. ln(34 56 7843) 7 = 0,65 +0,172. n < 8 = 0,2 n > 7 =1(12. +1+ +12. +13.) 1.4.Resistencia de puesta a tierra. Paracalcularelvalordelaresistenciadepuestasatierrasesposible utilizar dos mtodos, los cuales sern detallados como sigue: 1.4.1.Mtodo de Laurent y Niemann. Estemtodoesbastanteaproximadoaunquesuresultadosiemprees superior al valor real y la expresin para el clculo es: = 0,443. . (1 +1) Donde: R: Resistencia de la malla de puesta a tierra en ohmios. A: rea de la malla de puesta a tierra en metros cuadrados. 1.4.2.Mtodo de Dwight. Este mtodo es mucho ms largo pero lleva a un resultado cuya exactitud es superior al mtodo de Laurent y Niemann; consta de varios pasos: ElPrimerpasoconsisteenhallarlaresistenciadeunconductordela malla con el uso de la siguiente expresin: =2. . (ln(2. ) +ln () +2. (2()2) 2) Donde: Rs: Resistencia de puesta a tierra de un solo conductor en . : Resistividad en (-m). L: Longitud del conductor (m). 8 H: Profundidad de enterramiento del conductor (m). R: Radio del conductor en m. Unavezcalculadaestaresistencia,seprocedealclculodelas resistenciasdebidasalasinterferenciasmutuasentrelosconductores,tal resistencia es: =2. . (ln(4. ) +ln(2. ) (216. ()2) 1) Donde: Ra = Resistencia mutua en E = espaciamiento equivalente entre un conductor y los dems en metros. Luego, La resistencia total de un conductor es: = +( 1). Y la resistencia de n conductores seria entonces: = Tambin, en forma anloga se determina la resistencia de los conductores transversales de unin. Posteriormentesecalculalaresistenciamutuadeloscomponentesde unin incluyendo la interferencia debida a los conductores transversales a los cuales se encuentran unidos de la siguiente manera: = ( 1). +( 1). EntendindoseporRsualaresistenciadeunsoloconductordeunin medidaenohmios,quedandofinalmentelaresistenciaparamconductores como: 9 = Entonces,laresistenciatotaldelamallaseriaexpresadadelasiguiente manera: =. + 1.5.Conductor de la malla. Paracalcularlaseccintransversaldelconductorseaplicalasiguiente ecuacin: = (33. log (234+ +1)) Donde: Ac: Seccin del conductor (CM). I: Corriente mxima de falla (Amp.). Tm: Temperatura mxima en los nodos de la malla (450C con soldadura y 250C con amarre pernado). Ta: Temperatura ambiente (C). T: Tiempo mximo de despeje de la falla (seg). Recordando que 1 CM = 5x10-4 mm2. Cabemencionarquelaprcticarecomendadaesquelaseccinmnima sea 2/0 AWG para los conductores que formaran parte de la malla, este valor mnimo est de acuerdo con prcticas internacionales. 10 2.Procedimiento para el clculo de la malla de puesta a tierra. 1.6.Premisas: Previamente a los clculos de la malla de puesta a tierra se deben conocer ciertasvariablesimprescindiblesparapoderllevaracabolosclculos,ellas seran: La corriente mxima de falla a tierra. La resistividad del suelo. La temperatura ambiente promedio de la instalacin. El tiempo mximo de despeje de la falla. La configuracin o topologa de la malla. La profundidad a la cual se instalar la malla. Tipo de nodo que usara la malla. 1.7.Procedimiento. Una vez conocidas las variables indicadas en la premisa se procede como sigue: i.Seseleccionaelcalibredelconductorempleadoparala construccin de la malla (seccin 1.5). ii.Se establece unespaciamiento entre conductores (D). iii.Se calculan los factores involucrados en el clculo de las tensiones de paso y toque (seccin 1.3). 11 iv.Secalculanlastensionespermisiblesyrealesdetoqueydepaso (seccin 1.2). Sisecumplequelastensionesrealessonmenoresquelas permisibles se contina con el procedimiento, de lo contrario se repite desde el paso ii. v.Se calcula la resistencia de puesta a tierra (seccin 1.4). Siestaresistenciaesmenoralmximoestablecidopor norma(generalmente3)elprocedimientohaterminado, de lo contario se repite el paso ii. Conclusin Parallevaracaboeldiseodelamalladepuestaatierraesnecesario conocer ciertas variables atmosfricas, geogrficas, topolgicas y elctricas de las cuales depende tal diseo, una vez obtenidas estas variables, el clculo de laadecuadadisposicindelosconductoresqueformaranpartedelamalla reticulardepuestaatierraserealizademanerasencillacumpliendoconlos lmitesnecesariosparaquelamallaencuestincumplaconlosobjetivos fundamentales por los cuales fue diseada.