Puesta a tierra vertical, horizontal y sus mediciones

modo de realizar puestas a tierra verticales y su medición con telurometro

1. SISTEMA DE PUESTA A TIERRA
Tomas Eccoña Fuentes
INSTALACIÓN DE MÁQUINAS Y EQUIPOS INDUSTRIALES

2. CONTENIDO:
•Generalidades y conexiones de la puesta
a tierra.
•Resistividad del terreno
•Medición de la resistividad del suelo.
•Cálculo de la resistencia de la puesta a
tierra

3. Generalidades y Conexiones de la
Puesta a Tierra.

5. 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.

6. 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.

7. Contacto Directo:

8. Contacto Indirecto:

9. Recorrido de la Corriente de Falla:

10. Corrientes Admisibles Por El Cuerpo
Humano:
I
K
(60 H
Z
) 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

11. 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

12. Resistencia Eléctrica Del Cuerpo
Humano:

13. Potencial Admisible Por El Cuerpo
Humano:

14. 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.

15. 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.

16. Sistema Eléctrico Con Neutro Aislado:

17. Retorno de la corriente de falla


Neutro Flotante


Retorno de
corriente de
Falla

Flotante


Real

Vn/√3


Vn

Falla
I
f

18. Sistema Eléctrico Con Neutro A Tierra:

19. 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

20. Sistema con neutro aislado en 220 V

21. Sistema con neutro a tierra en 220 V

22. Puesta a Tierra de los Sistemas Eléctricos
Z

23. Puesta a Tierra de los Equipos Eléctricos

24. Resistividad del Terreno

25. 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.
I
1 m
1 m
1 m
l
sR

Donde:
ρ: Resistividad en (Ω m)
R: Resistencia en (Ω)
S: Sección en (m
2
)
l : Longitud en (m)

26. 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.

27. NATURALEZA DE LOS SUELOS:
NATURALEZA DEL TERRENO RESISTIVIDAD
Ω-m
TERRENO PANTANOSO
LIMO
HUMOS
TURBA HÚMEDA
ARCILLA PLÁSTICA
MARGAS Y ARCILLAS COMPACTAS
MARGAS DE JURÁSICO
ARENA ARCILLOSA
ARENA SILÍCEA
SUELO PEDREGOSO CUBIERTO DE CÉSPED
SUELO PEDREGOSO DESNUDO
CALIZA BLANDA
CALIZA COMPACTA
CALIZA AGRIETADA
PIZARRA
ROCAS DE MICA Y CUARZO
GRANITO Y GRES PROCEDENTES DE ALTERACIÓN
GRANITO Y GRES MUY ALTERADOS
HASTA 30
20 A 100
10 A 150
5 A 100
50
100 A 200
30 A 40
50 A 500
200 A 3000
300 A 500
1500 A 3000
100 A 300
1000 A 5000
500 A 1000
50 A 300
800
1500 A 10000
100 A 600

28. La Humedad:
% Humedad% Humedad
R
h
o
R
h
o
(
O
h
m

(
O
h
m
--
m
)
m
)
15%15%
La HumedadLa Humedad
% Humedad% Humedad
R
h
o
R
h
o
(
O
h
m

(
O
h
m
--
m
)
m
)
15%15%
La HumedadLa Humedad

29. La Temperatura Del Terreno:
Temp. ( ° C )Temp. ( ° C )
R
h
o
R
h
o
(
O
h
m

(
O
h
m
--
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 )
R
h
o
R
h
o
(
O
h
m

(
O
h
m
--
m
)
m
)
0 ° C0 ° C
hielohielo
aguaagua

4 10 50 90 4 10 50 90 100100--20 20 --10 10
La TemperaturaLa Temperatura

30. La concentración de Sales Disueltas:
% de Sal% de Sal
R
h
o
R
h
o
(
O
h
m

(
O
h
m
--
m
)
m
)
2%2%
Concentración De Sales

31. La Compactación Del Terreno:
CompactaciónCompactación
R
h
o
R
h
o
(
O
h
m

(
O
h
m
--
m
)
m
)
2%2%
% Humedad% Humedad
W1W1
W2W2
W3W3
Compactación Del TerrenoCompactación Del Terreno
CompactaciónCompactación
R
h
o
R
h
o
(
O
h
m

(
O
h
m
--
m
)
m
)
2%2%
% Humedad% Humedad
W1W1
W2W2
W3W3
Compactación Del TerrenoCompactación Del Terreno

32. La Estratificación Del Terreno:
I
I
I
I
h
21  
21
 
21  
21  
I
I
I
I
h
21  
21
 
21  
21  

33. Medición de la Resistividad del
Terreno

34. 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.

36. 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 DEL SUELO
TIERRA LIMO SA
O A RENO SA
ESTRATO
SUPERFIC IA L h1
2
C ONG LO MERADO
TIERRA FINA
PIEDRA M ENUDA
Y G RUESA
ESTRATO
SUBYAC ENTE
•Un estrato superficial:
De 0,3 a 1,2 m
•Un estrato subyacente:

37. 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.
I
I
I
I
h
21  
21
 
21
 
21
 
I
I
I
I
h
21  
21
 
21
 
21
 
I
I
I
I
h
21  
21
 
21
 
21
 

38. 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.
C
1
V
I
a aa
P
1
P
2
C
2

39. 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
n
aR 4


40. 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
ah
4
3


47. Suelo estratificado de dos capas:
a
1
2

12

a
a
2
1
a
21

48. Suelo estratificado de tres capas:
a
1

321
a
a
1

a
321

a

1

321

a
a

a
321
(a)
(b)
(c)
(d)

49. Cálculo de la Resistencia de
Puesta a Tierra

50. SUELOSUELO
CONJUNTO DECONJUNTO DE
ELECTRODOSELECTRODOS
RTRT
SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

51. 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.

52. 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
2L
Ln
L2
ρ
R

LL

53. 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 mm
5/8” = 16 mm

54. 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 Sal
10.- Niveles de Impregnación

55. 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

57. 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.

60. ELECTRODOS HORIZONTALES
•a : Radio 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
hL 

a
L 2
Ln
2
R
2



61. 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

62. 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 :
 2* L
2
100 2 * 50
2
R = ---------- Ln -------- = ------------------ Ln ----------------
2  L a * h (2 * 3,14 * 50) ( 0,0011 * 0,6)
R = 4,6 ( Ohm )

64. MALLA A TIERRA (MÉTODO APROXIMADO DE
LAURENT )
•S : Superficie que cubre la malla (m
2
).
•R : Resistencia a tierra de la malla (Ohm).
•L : Longitud total del conductor de la malla (m).
·?????? : Resistividad equivalente del terreno (Ohm - m).

65. APLICACIÓN
Determinar la resistencia de puesta a tierra de una
malla en las siguientes condiciones:
100 100
R = --------------- + -------- = 14,16 Ohm
4 * 6*3/ 27
6 m
3

m
 
R = --------------- + ------
4 * s/ L
 = 100 Ohm-m

66. 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.

67. Ejecución de una Puesta a Tierra

69. PRESUPUESTO
APROXIMADO

72. TORNILLO
DE SUJ EC ION
C ONDUC TOR
DE
C ONEXION

73. Medición de la Resistencia de
Puesta a Tierra

74. Electrodos
auxiliares
Equipo de
medición(Telurómetro)
Pinzas
auxiliares
Conductores

77. E P
C
A B
MG
F
Zona de medida para el cálculo del
verdadero valor de la resistencia del
electrodo E
R
e
s
is
t
e
n
c
ia

d
e

m
e
d
id
a
Distancia entre E y
el electrodo auxiliar
C

78. CONDUCTOR DE PUESTA A TIERRA

79. E P C
L
L 5 a 10 m
Pozo de Tierra
L
E P C
DIAL DE MEDICIÓN
BV

E P C
L
L 5 a 10 m
Pozo de Tierra
L
E P C
DIAL DE MEDICIÓN
BV


80. E P C
Pozo de Tierra
A
V
Transformador de
aislamiento