PUESTA A TIERRA EN INSTALACIONES DE ALTA TENSIÓN. Parte 5 Modelado del terreno FERNANDO BERRUTTI AÑO 2015

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Soledad Martin Fidalgo
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2 Importancia de la medida de resistividad del suelo El modelo de resistividad de suelo es la base del diseño de cualquier sistema de tierras, y conlleva una importante incertidumbre. La resistividad varía con la profundidad (estratificación horizontal), y ocasionalmente hay variaciones laterales (estratificación vertical). Afectación por condiciones estacionales: temperatura, humedad, salinidad.

3 Importancia de la medida 3 de resistividad del suelo A partir de las medidas y determinación de modelo estratificado se obtiene un modelo de resistividad homogénea.

4 Variación de resistividad 4 en el tiempo Ejemplo de resistividad en suelo de tres capas medida en un lapso de 18 meses.

5 Variación de resistividad 5 con las precipitaciones Efecto sobre la capa superior de precipitaciones en un lapso de 18 meses.

6 Variación de resistividad 6 con contenido de agua Efecto de la temperatura y el contenido de agua sobre la resistividad de la arena.

7 Medida de resistividad 7 Potencial generado por la inyección de corriente en un suelo de resistividad : V ρi π r A partir de esta consideración teórica, se puede fundamentar la medición por el método de Wenner.

8 Medida de resistividad 8 Wenner en suelo uniforme V ρi π r Se inyecta corriente entre los terminales A-B y se mide la diferencia de potencial C-D. La distancia entre todos los electrodos es a. El telurímetro devuelve la medida R = V CD /I.

9 Medida de resistividad Wenner en suelo uniforme 9 r ρi V π a 1 ρi a 1 a 1 ρi V a 1 ρi a 1 a 1 ρi V D C π π π π I V a ρ a 1 ρi V CD CD π π

10 Medida de resistividad 10 Wenner en suelo genérico Qué sucede en el caso que se tomen medidas en un suelo general? Qué significado tiene la expresión de la resistividad? ρ ap (a) πar

11 Medida de resistividad 11 Wenner en suelo genérico ρ ap (a) πar

12 Medida de resistividad 1 Wenner en suelo genérico

13 Medida de resistividad 13 Wenner en suelo genérico A partir de la curvas de i (h), y si no existen medidas que denoten importantes estratificaciones verticales, se puede deducir una única curva (h). A partir de esta, se deducen la cantidad de capas, la profundidad de cada una: ( i,h i ). Por último, se realiza la reducción al modelo de resistividad aparente utilizando el método de Endrenyi ( i,h i ) ap

14 Medida de resistividad 14 Wenner en suelo genérico Tagg ρ ap Endrenyi

15 Caso particular. 15 Suelo de dos capas Método de Tagg. +I V P Iρ 1 1 r 1 n r K n nh h r x P K ρ ρ ρ ρ 1 1

16 Caso particular. 16 Suelo de dos capas Método de Tagg. Telurimetro I DC V m V BC Iρ1 h n K 1 n K n 4 n n b A B C D h ρ(h) hr h h h M(h) n n K K n1 1 n ρ(h) ρ n 4

17 Medida de resistividad 17 Alcance del modelado El suelo puede ser representado mediante una resistencia y como un dieléctrico con un determinado punto de disrupción. Los cálculos se abordan para garantizar integridad personal frente a corrientes de cortocircuito (50 Hz), por lo tanto, es posible modelar el terreno como resistencia.

18 Mallas de tierra 18 Modelado Estrictamente, los conductores de la malla deben modelarse por un circuito RLC. Dado que el cortocircuito es un fenómeno de baja frecuencia, se desprecia el término LC, por lo que los conductores se modelan solamente como una resistencia. Como el medio y los conductores se modelan como resistencias, la impedancia de puesta a tierra se asume como una resistencia pura.

19 Mallas de tierra 19 Arreglo de conductores de cobre desnudo dispuestos horizontalmente y soldados en intersecciones. Grilla rectangular.5m y 10m dependiendo del área. Generalmente soldadas jabalinas en el perímetro. Enterradas entre 0.5m y 1.5m. Recubierta con piedra partida entre 10cm y 0cm.

20 Mallas de tierra 0 Anillo perimetral unido a la malla, situado entre 1.0m y 1.5m para la minimización de tensiones transferidas. Salvo en casos especiales, se utiliza el cobre: alta conductividad, alta resistencia a la corrosión y alto punto de fusión. Cómo se calcula la resistencia?

21 Calculo de resistencia de 1 mallas de tierra Un sistema ideal de puesta a tierra, debería tener una resistencia prácticamente nula. Con esto, se asegura que el GPR sea muy pequeño y por lo tanto la tensión de contacto nula. Sin embargo, una resistencia alta, no es sinónimo de mal diseño en alta tensión, cuando se prioriza la seguridad personal. Valores usuales: 1-10 para sistemas hasta 60kV. < 5 para sistemas >60kV.

22 Calculo de resistencia de mallas de tierra Sin embargo, un valor de resistencia pequeño, sigue siendo un factor importante cuando se consideran: 1) Las tensiones transferidas hacia afuera del perímetro de la estación. ) La aislación de los equipos electrónicos o de comunicaciones que forman parte de la instalación.

23 Calculo de resistencia de 3 mallas de tierra Varias posibles expresiones para estimar la resistencia de puesta a tierra según IEEE-80: FORMULA DE SVERAK: R g 1 ρ L 0A 1 Factores determinantes: 1 h 1) La resistividad aparente del terreno. ) El área ocupada por el sistema de PAT. Observar la limitada influencia de L /A

24 Calculo de resistencia de 4 mallas de tierra

25 Mallas de tierra 5 Dimensionado Los conductores deben soportar sin fundirse la máxima corriente de cortocircuito prevista: A mm I 4 tcαrρr10 TCAP Tm T Ln1 K 0 T El proceso de calentamiento de los conductores se supone adiabático, es decir, que no se irradia calor hacia el suelo. Secciones típicas para mallas de tierra: entre 35mm y 10mm. a a

26 Mallas de tierra 6 Dimensionado I corriente rms en ka A T T T α α ρ K t c m a r 0 r r 0 sección de conductor en mm máxima temperatura en º C temperatura ambiente en ºC temperatura de referencia para los materiales coeficiente térmico de laresistividad a 0ºC coeficiente térmico de laresistividada la resistividad del conductor a 1/α 0 en μω cm tiempo de circulación de la corriente en s 3 TCAP factor de capacidad térmica en J/cm /ºC T r T r en ºC

27 Mallas de tierra 7 Dimensionado Dimensionado de los conductores conforme a la distribución de la corriente de cortocircuito. Observar que en este caso, no aplica el Split Factor en la corriente de cortocircuito calculado.

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