1 Puesta a Tierra
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Castrovirreyna 273. Breña. Lima 5
Telef.: (511)423-4023 Telefax.: (511)330-9738E-mail: [email protected]: // www.sisproint.com
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INTRODUCCIÓNLos procedimientos para diseñar Sistemas
de Puesta a Tierra (SPAT) se basan enconceptos tradicionales, pero su aplicaciónpuede ser muy compleja. Los conceptos
son ciencia, pero la aplicación correcta esun arte, ya que cada instalación es únicaen su localización, tipo de suelo, y equipos
a proteger.
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PELIGROSIDAD DE LACORRIENTE ELECTRICA
ZONA 1
Area estadísticamente nopeligrosa para la integridad de
las personas
ZONA 2Area peligrosa. Siguiendo lavariación de la curva, desde
arriba hacia abajo, se pasa del
peligro de tetanización al deasfixia y luego a la fibrilación
cardíaca
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EFECTOS FISIOLOGICOS DE LA
CORRIENTE ELECTRICA
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DEFINICION DE PUESTA A TIERRA
Puesta a Tierra (Grounding o Earthing)
Grupo de elementos conductoresequipotenciales, en contacto eléctrico conel suelo o una masa metálica de referencia
común, que distribuye las corrienteseléctricas de falla en el suelo o en la masa.
Comprende electrodos, conexiones y cablesenterrados.
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ELEMENTOS QUE COMPONEN UNAPUESTA A TIERRA
Comprende:
1.- Electrodos2.- Conexiones y
3.- Cables enterrados.
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ELEMENTOS QUE COMPONEN UNAPUESTA A TIERRA
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TIPOS DE PUESTA A TIERRA
Puesta a Tierra de los sistemas eléctricos
El propósito de aterrizar los sistemaseléctricos es para limitar cualquier voltajeelevado que pueda resultar de los rayos,
fenómenos de inducción o de contactos nointencionales con cables de voltajes másaltos.
Se logra uniendo mediante un CONDUCTORAPROPIADO a la CORRIENTE DE FALLA ATIERRA TOTAL DEL SISTEMA.
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TIPOS DE PUESTA A TIERRA
Puesta a tierra de los equipos eléctricos
Su propósito es eliminar los potenciales de toqueque pudieran poner en peligro la vida y laspropiedades y, para que operen las proteccionespor sobrecorriente de los equipos.
Se logra conectando al punto de conexión delsistema eléctrico con TIERRA, todas las partes
metálicas que pueden llegar a energizarse,mediante un CONDUCTOR APROPIADO a laCORRIENTE DE CORTO CIRCUITO DEL PROPIO
SISTEMA EN EL PUNTO EN CUESTION.
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TIPOS DE PUESTA A TIERRA
Puesta a tierra en señales electrónicas
Su propósito es evitar la contaminacióncon señales en FRECUENCIAS diferentes a
la deseada.Se logra mediante BLINDAJES de todo tipoconectados a una REFERENCIA CERO, quepuede ser la TIERRA.
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TIPOS DE PUESTA A TIERRA
Puesta a tierra de protección
electrónicaSu propósito es evitar la destrucción delos elementos semiconductores porVOLTAJE, se colocan dispositivos deprotección conectados entre los
conductores activos y la referencia cero,que puede ser TIERRA.
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TIPOS DE PUESTA A TIERRA
Puesta a tierra de protección
atmosférica
Sirve para canalizar la ENERGIA de los
rayos a tierra sin mayores daños apersonas y propiedades.
Se logra instalando un dispositivo
denominado PARARRAYOS el cual seconecta a TIERRA.
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TIPOS DE PUESTA A TIERRA
Puesta a tierra de protección
electrostáticaSirve para neutralizar las CARGASELECTROSTÁTICAS producidas en los
materiales dieléctricos.Se logra uniendo todas las partes
metálicas y dieléctricas a TIERRA.
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RESISTIVIDAD DEL SUELO
• La resistencia R de un conductor alargado yhomogéneo de forma cilíndrica vale:
R= ρ l/sdonde: R= resistencia en Οhm
ρ = resistividad en Ohm-metrol = longitud del conductor en metros m.s = sección en metros cuadrados
• La resistividad es una medida de la dificultad quela corriente eléctrica encuentra a su paso en un
material determinado.• La Conductividad, es lo inverso a la resistividad yse expresa en siemens-metro.
• = 1/ρ
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RESISTIVIDAD DEL SUELO
Metales
Electrónica Semiconductores
Conductividad Electrólitos sólidos
Iónica (dieléctricos)
Electrólitos líquidos
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RESISTIVIDAD DEL SUELO
NATURALEZA DEL TERRENO RESISTIVIDAD EN - m Terrenos PantanososLimoHumusTurba HúmedaArcilla PlásticaMarga y Arcillas CompactasMargas del jurásicoArena Arcillosa
Arena SilíceaSuelo Pedregoso Cubierto de CéspedSuelo Pedregoso DesnudoCalizas BlandasCalizas Compactas
Calizas AgrietadasPizarrasRoca de Mica, Feldespato o CuarzoGranito y Gres procedentes de AlteracionesRoca Ígnea
De algunas unidades a 3020 a 10010 a 1505 a 10050
100 a 20030 a 4050 a 500
200 a 300300 a 5001,500 a 3,000
100 a 3001,000 a 5,000
500 a 1,00050 a 300500
1,500 a 10,0005,000 a 15,000
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10-8
10-6
10-4
10-2
1 102
104
106
108
1010
1012
1014
Metales Calcopirita Margas Anhidrita Cinabrio Feldespatos Sal Gema
Pirrotita Galena Blenda Azufre Grafito Arcillas Calizas
Limos Cuarzo
Arenas Pirita y Magnetita Gravas Micas
Pizarras Rocas hipogénicas y metamórficas
Agua de mar Agua Dulce
RESISTIVIDAD DEL SUELO
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FACTORES QUE DETERMINAN LA
RESISTIVIDAD DEL SUELO
POROSIDAD
HUMEDAD
SALES NATURALES DISUELTAS
COMPACTACION
TEMPERATURA
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POROSIDAD
TIPO DE FORMACION % POROSIDAD RESISTIVIDAD Ohm-m
Rocas Igneas y
Metamórficas 0.5 - 2 10,000
Limos densos y RocasAreniscas
3 – 4 50 – 1000
Arcillas 8 – 15 200 – 400
Limos porosos.Dolomitas
15 - 40 30 – 200
Greda, TerrenosArenosos y Arcillosos 40 – 75 150 – 200
Turba 80 – 90 100 – 150
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CONCEPTOS DE PUESTA A TIERRA
HUMEDADLa influencia de la humedad dependerá del tipo de material que
compone el terreno. Una determinada cantidad o porcentaje de
humedad afectará en forma diferente por ejemplo : a una Arenao a una Arcilla. Existe sin embargo, una expresión analítica
aproximada que indica la influencia de la humedad y la
temperatura en la Resistividad debido a ALBRECHT.
1.3 x 104
ρ = ————————————— (Ohm-m)
(0,73 w2
+ 1)(1+ 0,03 t)
Donde w es la humedad del suelo en % de peso y t es la
temperatura en oC (t >0 oC).
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CONCEPTOS DE PUESTA A TIERRA 2
ρ
1
Compactación kg/cm2
COMPACTACION
La resistividad del suelo es influenciada por la compactación
del terreno ya que esta tratará de llegar hasta los nivelesnaturales de cohesión, un terreno homogéneo y limpio tiende aque sus poros de conexión sean pequeños y uniformes, por lotanto la curva tiende a ser asintótica a mayor y exagerada
compactación.
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CONCEPTOS DE PUESTA A TIERRA
TEMPERATURA
Curvas esquemáticas de la Resistividad en función de latemperatura, en las proximidades del punto de congelación del
agua : a) Roca de grano grueso b) Roca de grano fino
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METODOS PARA DETERMINAR LA
RESISTIVIDAD DEL SUELOTOMA DE DATOS EN EL TERRENO USANDO UN TELURIMETRO DE 4 POLOS
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METODO DE SCHLUMBERGER
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CURVAS PATRON PARA MÉTODO GRÁFICO
0 .1 1 1 0
0 .1
1
1 0
X-Ax is
Y - A x i s
19
9
5.67
4
3
2.33
1.86
1 .5
1.22
0.82
0.67
0.54
0.43
0.33
0.25
0.18
0.11
0.05
C urvas P atró n de R es ist iv ida d(Método de Sc h lumberger )
E l a b o ra d o p o r : P a ra - R a y o s S . R . L .SISPROINT E.I.R.L.
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MINIS ERIO DE ENERGIA Y MINAS
A B C P
E SP A CIA MIE NTO E SP ACIA M IE NTO RESISTEN C IA RESISTIVIDAD
O A MN R = PI *L^2* R /a2.00 1.00 8.79 110.46
2.50 1.00 6.72 131.95
3.16 1.00 5.10 159.994.00 1.00 3.86 194.02
5.00 1.00 2.93 230.126.30 1.00 2.07 258.11
8.00 1.00 1.36 273.4410.00 1.00 0.93 292.17
12.50 1.00 0.61 299.43
16.00 1.00 0.34 273.4420.00 1.00 0.19 238.76
25.00 1.00 0.11 215.98
31.60 1.00 0.00 0.00
RES U L A DO S PA RC I AL ES
D E A C UE R D O A L A J US T E D E L A S C U R V A S P A T R O N Y L A S C U RV A S
O B T E N ID A S D E L O S DA T O S D E C A M P O T E N E M O S L A S S IG U IE N T E SCO NCLUSI O NES:
P2/P1 = 1.86 C U R V A D E A J U S TE = 0.33
P1 = 240 R esis t iv idad de la prim era capa en ohm ios-m
P2 = 446 R esis t iv idad de la segunda capa en ohm ios-m= 147 es s v a e a e rc era c apa en o m os -m
E1 = 0.90 Espes or de la pr im era capa en m .
E2 = 2.10 Espes or de la segunda capa en m .
DATOS DE CAMPO EN HOJA DE CALCULO
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1 1 0 1 0 0
1 0 0
1 0 0 0
1 0 0 0 0
D i st a n c i a -p r o f u n d i d a d m .
R e s i s t i v i d a d a p a
r e n t e
O h m - m
P a
P L O T E O D E D A T O S S C H L U M B E R G E R
M I N I S T E R I O D E E N E R G I A Y M I N A S
E l a b o ra d o p o r : P A R A R A Y O S S A C
SISPROINT E.I.R.L.
PLOTEO DE DATOS
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METODO DE WENNER
O
V
A
A N BM
TELURIMETRO
C1 C2
P1 P2
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CALCULOS PARA DETERMINAR LA
RESISTIVIDAD POR WENNER• La Resistividad del terreno se calcula con la siguiente fórmula:
ρ =2 R a
Siendoρ:Resistividad del terreno, expresada en ohm-m
R: Valor medido por el telurómetro, expresado en ohm
a: Separación entre piquetas, expresada en metros
: constante (3,1416)
• La resistividad calculada corresponde a la resistividad del terreno
correspondiente a una profundidad a igual a la separación de
piquetas.
• Variando la distancia a obtendremos la resistividad a distintas
profundidades.
• Es práctica usual obtener los valores de a = 2,4,6,8,16 y 32 metros.
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DISEÑO DE LA PUESTA A TIERRA
PUESTAS A TIERRA PARA BAJA FRECUENCIA
b
SEMIESFERA
R = _________
2 b
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DISEÑO DE LA PUESTA A TIERRA
PUESTAS A TIERRA PARA BAJA FRECUENCIA
CABLE (HORIZONTAL)
l
h2r
R = _________
2 l
lnl ___
r
ln
2h
___ l
+ )( h ≥ 6r
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DISEÑO DE LA PUESTA A TIERRA
PUESTAS A TIERRA PARA BAJA FRECUENCIA
VARILLA (VERTICAL)
l
2r
R = _________
2 l
ln 2l ___
r
)(
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DISEÑO DE LA PUESTA A TIERRA
PUESTAS A TIERRA PARA BAJA FRECUENCIA
FLEJE
l
h
2a
h
R = _________
2 l
ln 2l ___
a
ln
2h
___ l
+ )( h ≥ 3a
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DISEÑO DE LA PUESTA A TIERRA
PUESTAS A TIERRA PARA BAJA FRECUENCIA
ELECTRODOS EN LÍNEA RECTA
s s
1 2 ..n
R = _________
n0,404 ln 0,655n+ )( 0,16 ____
s
DISEÑO DE MALLAS MEDIANTE LA
![Page 35: 1 Puesta a Tierra](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021312/55cf8661550346484b9714eb/html5/thumbnails/35.jpg)
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DISEÑO DE MALLAS MEDIANTE LAMETODOLOGIA DE SCHWARTZ
A.- Red mallada y jabalinas
•Reticulado
ρ 2L k 1L
R1 = ----- ( ln------- +------- - k 2) L √hd √S
•Barras
ρ
4l 2k 1l
R2 = -------- ln(----) - 1 + ------- (√
N - 1 )2 l = Longitud de cada barra en m.
2 Nl a √ S
•Resistencia mutua
ρ
lR12 = R21 = R1 - ----- ln(------) - 1 L √hd
•Resistencia combinada
R1 R2 - R122RT = --------------------
R1+ R2 - 2 R12
Donde:
ρ = Resistividad aparente en ohm-m
L = Longitud reticulado en m
h = Profundidad enterramiento en m.
S = Superficie cubierta por malla en m2
N = Numero de barras
a = Radio de las barras en m.
d = Diámetro del contrapeso en m.
k 1=1,43 - 2.3h - 0,044 A √
S Bk 2=5,50 - 8h +(0.15 - h ) A
√S √S B
METODO DE SCHWARTZ EN UNA
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METODO DE SCHWARTZ EN UNA
HOJA DE CALCULOCALCULO DE RESISTIVIDAD DE MALLAS POR EL METODO DE SCHWARZ
1 2
RESISTIVIDAD DEL TERRENO 360 360 Ohm-m90 180 m
PROFUNDIDAD 0.5 0.5 m
DIAMETRO CONDUCTOR DE COBRE 0 0.00945 0.00945 m 3 2
AREA TOTAL DEL RETICULADO 300 800 m2
RESISTENCIA RETICULADO 10.02091 5.45172 Ohm
ELECTRODOS
PROFUNDIDAD EFECTIVA DEL ELECTRODO 1.80 2.80 m
0.01588 0.01588 mNUMERO DE ELECTRODOS 6 10 Und
30.82427 12.79347 m
RESISTENCIA MUTUA 6.62391 3.75323 Ohm
RESISTENCIA TOTAL 9.60276 5.18308 Ohm
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TRATAMIENTOS QUIMICOS
•Debe ser empleado cuando:•Existe una puesta a tierra con una resistencia queno es la deseada y no puede ser mejorada.•No existe otra alternativa posible; por ejemplo:cambiar de ubicación la puesta a tierra.
•Características del Tratamiento Químico:• Altamente higroscópico•No lixiviable•Baja la resistividad del suelo
•No corrosivo•Químicamente estable•No es tóxico•No causa daño a la naturaleza
TRATAMIENTOS QUIMICOS
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TRATAMIENTOS QUIMICOS
TRADICIONALES•Bentonita:Material arcilloso que tiene las siguientes propiedades:
Altamente higroscópicoRetiene la humedadBuena conductora de la electricidadBaja resistividad(1,2 a 4 Ω-m)No es corrosiva (Ph alcalino)Protege al electrodo contra la corrosión
natural del suelo.
TRATAMIENTOS QUIMICOS
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TRATAMIENTOS QUIMICOS
TRADICIONALES•Gel:Constituído de una mezcla de distintas sales que, en
presencia de agua, forman un agente activo.Sus propiedades son:
Químicamente estable
No es soluble en aguaHigroscópicoNo es corrosivo
No es atacado por los ácidoscontenidos en el suelo.Su efecto es de larga duración.
CONSTRUCCIÓN DE PUESTA A
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CONSTRUCCIÓN DE PUESTA A
TIERRA VERTICAL TRADICIONALCON GEL
CEMENTO CONDUCTIVO GEO GEM
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CEMENTO CONDUCTIVO GEO-GEM
Características:
Polvo fino, empacado en
bolsas de 11 kg
Fácil instalación
No requiere
mantenimiento
Ecológico
Reduce la impedancia a
las sobre tensiones
Previene el hurto de
conductores
TECNICAS MODERNAS DE ATERRAMIENTO
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TECNICAS MODERNAS DE ATERRAMIENTO
CONTRAPESOS CON CEMENTO CONDUCTIVO
TECNICAS MODERNAS DE
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TECNICAS MODERNAS DEATERRAMIENTO
RESISTENCIA DEL CONTRAPESO
Dada la resistividad del suelo y laresistencia deseada, uno puede
determinar aproximadamente lalongitud requerida de Contrapeso queserá necesario usando el gráfico de la
Figura dada a continuación.
TECNICAS MODERNAS DE ATERRAMIENTO
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TECNICAS MODERNAS DE ATERRAMIENTO
TECNICAS MODERNAS DE
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TECNICAS MODERNAS DEATERRAMIENTO
Por ejemplo, si la resistencia requerida es 10
Ohm y la resistividad del suelo es 100 Ohm-m,una longitud de cerca de 10m o 33 pies esrequerida.
Con una resistividad del suelo de 500 Ohm-m,una longitud de cerca de 100m o 328 pies
debería ser necesaria para alcanzar los 10Ohm de resistencia.
TECNICAS MODERNAS DE
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TECNICAS MODERNAS DEATERRAMIENTO
La resistencia puede ser calculada usando la fórmula.
donde:ρ = resistividad in Ohm-ml = longitud en metros
w = ancho en metrosD = profundidad en metros
.
CONSTRUCCIÓN DE PUESTA A
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CONSTRUCCIÓN DE PUESTA ATIERRA HORIZONTAL CON CEMENTO
CONDUCTIVO
1. Excavar una zanja de 40
a 50 cm. de ancho y de50 a 70 cm. deprofundidad y tan larga
como se requiera.Coloque el conductordesnudo a lo largo de la
zanja, donde sube a lasuperficie deberá aislarsepara prevenir la corrosión.
CONSTRUCCIÓN DE PUESTA A
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CONSTRUCCIÓN DE PUESTA ATIERRA HORIZONTAL CON CEMENTO
CONDUCTIVO
2. Rellene la zanja con lacantidad necesaria decemento conductivo,descargando la bolsa de
GEO-GEM a lo largo de lazanja.
Aproximadamente una
bolsa de 11k por cada dosmetros lineales.
CONSTRUCCIÓN DE PUESTA A
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CONSTRUCCIÓN DE PUESTA ATIERRA HORIZONTAL CON CEMENTO
CONDUCTIVO
3. Compacte ligeramente con
los pies, empujando elcemento conductivo GEO-GEM hacia el centrocubriendo completamenteel cable desnudo cuidandoque no quede descubierto.
CONSTRUCCIÓN DE PUESTA A
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TIERRA HORIZONTAL CON CEMENTOCONDUCTIVO
4. El conductor desnudoquedará cubiertocompletamente por elcemento conductivo GEO-GEM y la instalación estaterminada.
CONSTRUCCIÓN DE PUESTA A
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TIERRA HORIZONTAL CON CEMENTOCONDUCTIVO
5. Cubra el cementoconductivo GEO-GEMcuidadosamente por unapequeña capa de tierra decultivo libre de piedras eimpurezas.
CONSTRUCCIÓN DE PUESTA A
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TIERRA HORIZONTAL CON CEMENTOCONDUCTIVO
6. Compactedirectamente con lospies o con un pisón
de 40Kg. Y luegocubra totalmente lazanja con el resto detierra.