INFORME TECNICO ITM

INFORME TECNICO ITM - 04-09 Elaborado por: Ing. Iván López N. Para: Ing. Jorge Pérez PROANSA Fecha: 27 de Febrero del 2009

CONTENIDO 1. INTRODUCCION... 3 2. ANTECEDENTES... 3 3. ALCANCES... 3 4. PERSONAL PRESENTE EN LAS PRUEBAS... 3 5. INSTRUMENTACION UTILIZADA... 4 6. CONCLUSIONES... 4 7. FUNDAMENTO TEORICO... 4 7.1. MEDICIÓN DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA... 4 7.2. MEDICIÓN DE TENSIONES DE TOQUE Y PASO... 6 7.3. TENSIONES MÁXIMAS APLICABLES AL CUERPO HUMANO... 6 7.4. APLICACIÓN DEL MÉTODO DE INVERSIÓN DE POLARIDAD PARA LA CORRECCIÓN DE LA LECTURA DE LA TENSIÓN DE TOQUE Y PASO.... 8 ANEXOS... 9 ANEXO 1 - DATOS OBTENIDOS EN CAMPO... 10 ANEXO 2 - CALCULOS Y RESULTADOS... 13 Página 2 de 14

MEDICION DE TENSIONES DE TOQUE Y PASO EN LA INSTALACION DE REP SUBESTACION DE TRANSFORMACION ICA 1. INTRODUCCION El presente informe detalla los resultados de los ensayos realizados en la subestación de transformación de REP ICA, para la determinación de los valores de resistencia de puesta a tierra y de tensiones de toque y paso, así como la verificación de éstos de acuerdo a las normas vigentes. 2. ANTECEDENTES Los trabajos de montaje y ampliación de la SS.EE.- ICA contemplan la construcción de una nueva malla de puesta a tierra y su interconexión con la antigua, lo que constituirá un sistema de puesta a tierra único a partir de la puesta en servicio. 3. ALCANCES Las pruebas realizadas permitirán evaluar: La resistencia de puesta a tierra de la malla acorde con la norma IEEE - 80. Las tensiones de paso y toque acordes con la norma MIE-RAT 13. Los valores máximos establecidos por la norma se indican en el capitulo de fundamentos teóricos. 4. PERSONAL PRESENTE EN LAS PRUEBAS Por IEE TRANSMOTOR: Ing. Iván López N. Por ISA - REP Ing. Franklin Morales Página 3 de 14

5. INSTRUMENTACION UTILIZADA Telurómetro de alta frecuencia MTD - 20KWe marca MEGABRAS, para la medición de resistencia de puesta a tierra. Equipo CIRCUTOR modelo MPC 50, para la medición de tensiones de toque y paso. 6. CONCLUSIONES De acuerdo a las recomendaciones hechas por las normas (1 Ω para SS.EE. de tensión), el valor de resistencia de PAT se encuentra elevado (Alrededor de 2.5 Ω). Esto se debe al tipo árido del terreno donde se ubica la SS.EE. De acuerdo a las normas consultadas, los valores obtenidos de tensiones de paso se encuentran por debajo de los límites permisibles. En lo que respecta a los valores de tensiones de toque, la mayoría sobrepasa los límites. Para disminuir esos valores se recomienda mejorar las condiciones del terreno en las zonas mencionadas a fin de reducir la resistencia de puesta a tierra (Mejorar el tratamiento de la tierra en los pozos, aumentar el espesor de la grava). Otra forma de mejorar la resistencia de PAT, es aumentando una malla cercana a la zonas mencionadas y acoplarla a la malla de la SS.EE. 7. FUNDAMENTO TEORICO 7.1. Medición de Resistencia de Puesta a Tierra Se entiende por puesta a tierra la unión eléctrica de un equipo o componente de un sistema eléctrico a la tierra por medio de dispositivos conductores de electricidad adecuados. El termino normalizado para designar la resistencia ofrecida al paso de una corriente eléctrica para el suelo a través de una puesta a tierra es Resistencia de Puesta a Tierra. Una puesta a tierra presenta resistencia, capacitancia e inductancia, cada cual influyendo en la capacidad de conducción de corriente por la tierra. Por lo tanto, no se debe pensar solamente en una resistencia de puesta a tierra, sino más bien en una impedancia. Para bajas frecuencias, bajas corrientes y valores de resistividad del suelo no muy elevados, son despreciables los efectos capacitivos y de ionización del suelo y el mismo se comporta prácticamente como una resistencia. En el caso de altas frecuencias, es necesario considerar también el efecto capacitivo, principalmente en suelos de altas resistividades. Las ondas tipo rayo sufren la oposición de la reactancia inductiva de las conexiones al penetrar el suelo. Página 4 de 14

7.1.1. Requisitos básicos de una puesta a tierra Los requisitos principales de una puesta a tierra se pueden resumir en lo siguiente: Permitir la conducción a tierra de cargas estáticas o descargas atmosféricas. Garantizar a niveles seguros los valores de la tensión a tierra de equipos o estructuras accidentalmente energizados y mantener en valores determinados la tensión fase tierra de sistemas eléctricos, fijando los niveles de aislamiento. Permitir a los equipos de protección aislar rápidamente las fallas. Ahora bien, para realizar adecuadamente estas funciones, una puesta a tierra debe presentar las siguientes características: Baja resistencia. Capacidad de conducción. De una forma general se espera que una puesta a tierra tenga suficiente capacidad de dispersión de determinados valores de corriente hacia el suelo sin permitir que los potenciales en la superficie de éste suelo tenga niveles comprometedores para la seguridad de las personas por causa de una falla (control de gradiente de potencial). 7.1.2. Valores recomendados de Resistencia de Puesta a Tierra Un buen diseño de puesta a tierra debe reflejarse en el control de las tensiones de paso, de contacto y transferidas; sin embargo, la limitación de las tensiones transferidas principalmente en subestaciones de media y alta tensión es igualmente importante. En razón a que la resistencia de puesta a tierra es un indicador que limita directamente la máxima elevación de potencial y controla las tensiones transferidas, pueden tomarse los siguientes valores máximos de RPT adoptados de las normas técnicas IEC 60364-4- 442, ANSI/IEEE 80, NTC 2050, NTC 4552: Cuando por valores altos de resistividad del terreno, de elevadas corrientes de falla a tierra o tiempos de despeje de la misma, o que por un balance técnico-económico no resulte práctico obtener los valores de la tabla de valores de resistencia a tierra, siempre se debe garantizar que las tensiones de paso, contacto y transferidas en caso de un falla a tierra no superen las máximas permitidas Página 5 de 14

7.2. Medición de Tensiones de Toque y Las tensiones de toque y paso calculadas deben comprobarse antes de la puesta en servicio de subestaciones de media y alta tensión, para verificar que estén dentro de los límites permisibles. Se emplearan fuentes de alimentación de potencia adecuada para simular la falla de forma que la corriente inyectada sea suficientemente alta, a fin de evitar que las medidas sean falseadas como consecuencia de corrientes espurias o parasitas circulantes por el terreno. Loa electrodos de medida para la simulación de los pies deberán tener una superficie de 200 cm² cada uno y deberán ejercer sobre el suelo una fuerza de 250 N cada uno. Consecuentemente y a menos que se emplee un método de ensayo que elimine el efecto de dichas corrientes, por ejemplo el método de inversión de polaridad, se procurara que la corriente inyectada sea del 1% de la corriente para la cual ha sido dimensionada la instalación y preferiblemente no inferior a 50 amperios para subestaciones de media tensión. Loa cálculos se harán suponiendo que existe proporcionalidad para determinar las tensiones máximas posibles. Las medidas de las tensiones de toque y de paso se realizarán con un equipo de medición de corriente primaria de alta potencia, tal como el MPC-50 de la marca CIRCUTOR. 7.2.1. Tensión de Toque Es la diferencia de potencial que podría experimentar una persona a través de su cuerpo cuando se presenta una corriente de falla en una estructura metálica puesta a tierra y al mismo tiempo tiene una mano o parte de su cuerpo en contacto con esta estructura. 7.2.2. Tensión de Es la diferencia de potencial que podría experimentar una persona entre sus pies con una separación de 1 m, cuando se presenta una corriente de falla en una estructura cercana puesta a tierra, pero no se tiene contacto con ella. 7.3. Tensiones Máximas Aplicables al Cuerpo Humano Toda instalación eléctrica deberá disponer de una protección o instalación de tierra diseñada en forma tal que en cualquier punto normalmente accesible del interior o exterior de la misma, donde las personas puedan circular o permanecer, estas queden Página 6 de 14

sometidas como máximo a las tensiones de paso y toque (durante cualquier defecto en la instalación eléctrica o en la red unida a ella) que resulten de la aplicación de las formulas que se recogen a continuación. La tensión máxima de contacto aplicada, en voltios que se puede aceptar se determinará en función del tiempo de duración del defecto, según la formula siguiente: Vca = k / tn Tensión de toque Vp = 10 k / tn Tensión de paso Donde: k = 72 y n = 1 para tiempos inferiores a 0.9 segundos. k = 78.5 y n = 0.18 para tiempos superiores a 0.9 segundos e inferiores a 3 segundos t = duración de la falla en segundos. Para tiempos comprendidos entre 2 y 5 segundos, la tensión de toque aplicada no sobrepasara los 64 v. Para tiempos superiores a 5 segundos, la tensión de toque aplicada no será superior a 50v. Cuadro resumen según el tiempo de actuación de las protecciones Tiempo (S) Tensión de Máx. (V) Tensión de Toque Máx. (V) Mas de 5 500 50 De 3 a 5 640 64 2 690 79 1 785 78.5 0.9 800 80 0.8 900 90 0.7 1020 102 0.6 1200 120 0.5 1440 144 0.4 1800 180 0.3 2400 240 0.25 2880 288 0.2 3600 360 0.1 o menos 7200 720 Página 7 de 14

7.4. Aplicación del Método de Inversión de Polaridad para la Corrección de la Lectura de la Tensión de Toque y. La medición de la tensión de toque y paso puede resultar falseada debido a la existencia de corrientes erráticas, vagabundas o parasitas circulantes por el terreno. Este método permite eliminar la influencia de las tensiones erráticas producidas por estas corrientes. En la práctica se comprueba además, que las tensiones erráticas medidas son siempre despreciables frente a las provocadas por corrientes inyectadas (siempre que se respete el mínimo reglamentario). Sin embargo en determinados casos puede ser conveniente efectuar una medición previa de las tensiones existentes sin inyectar corriente alguna. En los casos en que la medición de las tensiones erráticas alcancen un valor superior al 10% de las mediciones con inyección de corriente, deberá procederse al siguiente cálculo: (Vp/t)² = (V 0º)² + (V 180º )² (Ve)² 2 Donde: Vp/t: Tensión de paso o toque V0º: Tensión medida por la circulación de la corriente de prueba en un sentido V 180º: Tensión medida por la circulación de la corriente en sentido inverso Ve: Tensión errática medida Página 8 de 14

ANEXOS Anexo 1 Datos Obtenidos en Campo Anexo 2 Cálculos y Resultados Página 9 de 14

ANEXO 1 - DATOS OBTENIDOS EN CAMPO MEDICION DE RESISTENCIA DE P.A.T. (MALLAS ACOPLADAS) MEDICIÓN 01 (12/02/09) Ítem Distancia del Electrodo de Corriente (m) Distancia del Electrodo de Tensión (m) Resistencia (Ω) Escala de Medición (Ω) 1 900 50 1.71 20 2 900 100 1.86 20 3 900 150 1.55 20 4 900 200 1.69 20 5 900 250 1.89 20 6 900 300 1.88 20 7 900 350 2.05 20 8 900 400 2.30 20 9 900 450 2.36 20 10 900 500 2.57 20 11 900 550 2.63 20 12 900 600 2.93 20 13 900 650 3.58 20 14 900 700 3.90 20 MEDICIÓN 02 (12/02/09) Ítem Distancia del Electrodo de Corriente (m) Distancia del Electrodo de Tensión (m) Resistencia (Ω) Escala de Medición (Ω) 1 900 50 1.88 20 2 900 100 1.67 20 3 900 150 1.82 20 4 900 200 0.90 20 5 900 250 1.60 20 6 900 300 1.02 20 7 900 350 1.40 20 8 900 400 0.89 20 9 900 450 1.17 20 10 900 500 2.91 20 11 900 550 2.80 20 12 900 600 2.79 20 13 900 650 3.59 20 14 900 700 3.73 20 Página 10 de 14

MEDICIÓN 03 (13/02/09) Ítem Distancia del Electrodo de Corriente (m) Distancia del Electrodo de Tensión (m) Resistencia (Ω) Escala de Medición (Ω) 1 900 50 0.96 20 2 900 100 1.38 20 3 900 150 1.61 20 4 900 200 1.72 20 5 900 250 1.70 20 6 900 300 0.85 20 7 900 350 1.56 20 8 900 400 2.09 20 9 900 450 2.06 20 10 900 500 2.80 20 11 900 550 2.76 20 12 900 600 3.00 20 13 900 650 4.03 20 14 900 700 3.28 20 MEDICIÓN 04 (13/02/09) Ítem Distancia del Electrodo de Corriente (m) Distancia del Electrodo de Tensión (m) Resistencia (Ω) Escala de Medición (Ω) 1 900 50 1.03 20 2 900 100 1.29 20 3 900 150 1.12 20 4 900 200 1.63 20 5 900 250 1.51 20 6 900 300 1.96 20 7 900 350 2.07 20 8 900 400 2.02 20 9 900 450 1.96 20 10 900 500 2.26 20 11 900 550 2.95 20 12 900 600 3.03 20 13 900 650 3.54 20 14 900 700 3.16 20 OBS: Las mediciones fueron realizadas en época de verano y las características del terreno son del tipo árido. Página 11 de 14

A continuación mencionaremos dos datos importantes de la Subestación Ica La corriente máxima de falla a tierra = 2816 A. El tiempo de actuación del rele principal = 0.1s. Con los datos de tiempo de apertura de la protección obtenemos los valores límites, para la tensión de paso y tensión de toque admisible según la norma MIE-RAT 13. Lugar Tiempo Tensión de Tensión de Toque Máx. Máx. Subestación Ica 0.1 s 7200 V 720 V MEDICION DE TENSION DE TOQUE Y PASO Maquina/estructura Ensayo Angulo Im Vm Vespuria Vp/Vtcalculada* 0º 1.752 0.35 0.10 199 180º 1752 0.30 171 Transformador de 0º 1.752 0.10 57 Tensión TT-2444 180º 1.802 0.08 44 0º 1.752 0.05 28 Toque 180º 1.752 0.03 17 0º 1.752 1.44 1.40 821 Celda de Llegada 180º 1.802 1.28 710 Líneas Marcona 0º 1.752 1.42 810 Seccionador 180º 1.802 1.28 710 SA-3511 0º 1.702 1.96 1151 Toque 180º 1.752 1.59 907 0º 1.752 1.56 1.52 890 Celda de Llegada 180º 1.802 1.35 749 Líneas Marcona 0º 1.702 1.64 963 Seccionador 180º 1.752 1.45 827 SB-3513 0º 1.702 2.00 1175 Toque 180º 1.702 1.69 992 0º 1.802 0.11 1.47 61 Celda de Llegada 180º 1.802 0.11 61 Líneas Marcona 0º 1.802 0.11 61 Seccionador 180º 1.852 0.11 59 SL-3515 0º 1.802 0.06 33 Toque 180º 1.852 0.05 26 * La justificación de estos valores se dan mas adelante en el capitulo de CALCULOS Y RESULTADOS Página 12 de 14

Calculo Referencial ANEXO 2 - CALCULOS Y RESULTADOS Según lo descrito anteriormente, el equipo utilizado es capaz de medir tensiones de toque y paso inyectando corrientes en el terreno. Uno de los requisitos de operación de este equipo es la asignación de una corriente máxima referencial de falla en la memoria para el procesamiento interno de los datos. Esto es importante porque la lectura obtenida debe proyectarse con este valor referencial utilizando una regla de tres simple. El procedimiento es el siguiente: Tensión de : Vpcalculada = Tensión de Toque: Vtcalculada = Donde Im.: Intensidad real de la prueba efectuada Ifref: Intensidad máxima referencial de defecto Vm: Tensión medida durante la prueba Vm x Ifref Im Vm x Ifref Im Para las mediciones realizadas en la SS.EE. REP - ICA se tomo como valor referencial: Ifref = 1000 A. Con lo cual quedan justificados los valores dados en la tabla anterior. Calculo Corregido Luego de esto procedemos a proyectar nuevamente estos valores utilizando el valor real de corriente de cortocircuito de la instalación, el cual es de A. (dato suministrado por el cliente), para lo cual se utiliza también la regla de tres simple: Vp/tcorregida = Vcalculada x Ireal Iref Calculo de Tensión Resultante (Vp/t)² = (V 0º)² + (V 180º )² (Ve)² 2 Página 13 de 14

VALORES DE TENSION DE TOQUE Y PASO FINALES PARA Ifreal = A. Lugar Tiempo Tensión de Toque Tensión de Máxima Admisible Máxima Admisible SS.EE.ICA 0.1 s 720 V. 7200 V. Maquina/estructura Ensayo Angulo Transformador de Tensión TT-2444 Celda de Llegada Líneas Marcona Seccionador SA-3511 Celda de Llegada Líneas Marcona Seccionador SB-3513 Celda de Llegada Líneas Marcona Seccionador SL-3515 Toque Toque Toque Toque Vp/Vt calculada Para Ifref Vp/Vt correg. Para Ifreal 0º 199 560 180º 171 481 0º 57 160 180º 44 124 0º 28 79 180º 17 48 0º 821 2312 180º 710 2000 0º 810 2281 180º 710 2000 0º 1151 3241 180º 907 2554 0º 890 2506 180º 749 2109 0º 963 2712 180º 827 2329 0º 1175 3309 180º 992 2793 0º 61 172 180º 61 172 0º 61 172 180º 59 166 0º 33 93 180º 26 73 Vp/t final 522 143 65 2162 2145 2918 2316 2528 3062 172 169 84 Condición Mejorar PAT Mejorar PAT Página 14 de 14