FECHA : SEPTIEMBRE, 1.995
MANUAL TECNICO DE DISTRIBUCION Y CLIENTES
CRITERIOS DE DISEÑO DE PUESTA A TIERRA DE LOS CENTROS DE TRANSFORMACION
NORMATIVO: X INFORMATIVO:
Preparado por : NOTEC-NORIN
Continúa en páginas 2 a 13 y Anexo
FECHA : SEPTIEMBRE, 1.995
MANUAL TECNICO DE DISTRIBUCION Y CLIENTES
CRITERIOS DE DISEÑO DE PUESTA A TIERRA DE LOS CENTROS DE TRANSFORMACION
INDICE
Página
0 OBJETIVOS... 2
1 PASOS PREVIOS PARA REALIZAR EL DISEÑO DE UNA PUESTA A TIERRA... 2
1.1 Resistividad del terreno... 2
1.2 Tipos de Centros de Transformación ... 3
1.3 Intensidad de Puesta a Tierra ... 4
2 HIPOTESIS DE TRABAJO... 4
2.1 En relación con el terreno... 4
2.2 En relación con la seguridad (Tensiones de Paso y Contacto)... 5
3 FORMAS DE ELECTRODOS SEGUN APLICACIONES ... 7
3.1 Centros de Transformación intemperie sobre apoyo... 7
3.2 Centros de Transformación intemperie compactos ... 7
3.3 Centros de Transformación prefabricados de superficie... 7
3.4 Centros de Transformación prefabricados subterráneos ... 7
3.5 Centros de Transformación en edificios de otros usos (en planta baja o sótano) ... 8
4 MATERIALES A UTILIZAR ... 8
4.1 Línea de tierra ... 8
4.2 Electrodo de Puesta a Tierra ... 10
4.3 Selección del material de las piezas de conexión... 12
ANEXO A. Tabla 1 ... 14
0 OBJETIVOS
Se pretende en este documento establecer los Criterios de Diseño de Puestas a Tierra en los Centros de Transformación de Distribución y Clientes, que permitan una normalización de las mismas.
En este sentido, el documento se ha estructurado en una serie de capítulos que, de forma general definen las etapas previas para la realización de diseños de Puestas a Tierra, las hipótesis de trabajo a utilizar tanto en relación con la estructura del terreno, como con las condiciones de seguridad reglamentadas y todas aquellas condiciones suplementarias que IBERDROLA ha considerado oportuno considerar. Se definen igualmente los tipos de materiales a utilizar y las formas y disposiciones generales de los electrodos de Puesta a Tierra según su aplicación.
1 PASOS PREVIOS PARA REALIZAR EL DISEÑO DE UNA PUESTA A TIERRA
Cuando se acomete la tarea de diseñar o seleccionar el electrodo de PaT de una instalación eléctrica, es necesario el conocimiento de un conjunto de magnitudes eléctricas, que nos servirán de ayuda en la selección del electrodo. Estos factores o datos son:
- Resistividad del terreno, - Tipo de instalación,
- Ubicación de la misma, si fuera necesario, - Tensión nominal, cuando proceda,
- Intensidad de Puesta a Tierra, y
- Nivel de aislamiento de la línea, en su caso.
Analicemos cada uno de estos aspectos más detalladamente.
1.1 Resistividad del terreno
En las etapas iniciales del diseño de un electrodo de PaT se hace necesario conocer el valor numérico de la resistividad del terreno, pues de ella dependen tanto la Resistencia de Difusión a Tierra como la distribución de potenciales en el terreno, y como consecuencia, las Tensiones de Paso y Contacto resultantes en la instalación. Para su determinación es necesario emplear un dispositivo de medida.
Desde el punto de vista de prospección de la resistividad de un terreno para la implantación de una instalación de Alta Tensión, se pueden considerar los siguientes procedimientos básicos de medida:
- Método de los tres electrodos - Método de los cuatro electrodos - Métodos electromagnéticos
De estos métodos de medida de resistividades, seleccionamos, para el tipo de instalaciones que nos ocupan, el de Francis Wenner o de las cuatro sondas equiespaciadas, dada su relativa simplicidad en la realización de las medidas e interpretación de los resultados y el escaso material necesario en la realización de las mismas, siendo el método más ampliamente utilizado y recomendado para la medida de resistividades en aplicaciones de Ingeniería Eléctrica. La metodología a emplear para la realización de medidas y la interpretación de éstas se detallan en el documento MTDYC 2.03.10 "Realización e interpretación de puestas a tierra de los apoyos de líneas aéreas y de los centros de transformación".
Una vez obtenido el conjunto de medidas de resistividad para diferentes separaciones entre sondas, es necesario realizar la modelización del terreno en el que se ubicará la instalación en proyecto. Si los valores de resistividad medidos son constantes, nos encontraremos ante un terreno homogéneo, cuya resistividad es la medida. Si, en cambio, las resistividades medidas varían con la distancia de separación entre sondas, el terreno será no homogéneo, siendo necesario una herramienta auxiliar para la estimación de su estructura. En la mayoría de los casos el terreno se podrá modelar como biestratificado, esto es, formado por dos estratos horizontales; el superior con una resistividad constante y espesor finito, y el segundo con una resistividad constante y un espesor infinito. La herramienta que utilizará IBERDROLA para la interpretación de resultados es, en este caso el paquete informático denominado DTPAC, en su modalidad de estimación de parámetros para el cálculo de la resistividad equivalente, denominada ESTIMA.
1.2 Tipos de Centros de Transformación
Los diferentes Centros de Transformación que se considerarán son:
Centros de Transformación intemperie sobre apoyo,
Centros de Transformación intemperie compactos, Centros de Transformación prefabricados de superficie, Centros de Transformación prefabricados subterráneos,
Centros de Transformación en edificios de otros usos (en planta baja ó sótano).
1.3 Intensidad de Puesta a Tierra
1.3.1 Estimación de la intensidad de puesta a tierra.- Se definen los siguientes valores de la Intensidad de Puesta a Tierra:
100 A 250 A 500 A 750 A 1000 A
El proyectista elegirá entre estos valores el que considere más adecuado. No obstante, comprobará que el producto de Intensidad de Puesta a Tierra (PaT) por la resistencia de PaT del electrodo que seleccione, es menor que la tensión fase-tierra que se produciría en la instalación.
Como norma general, en las regiones Centro y Este, no se elegirán valores de intensidad de PaT superiores a 500 A.
1.3.2 Cálculo de la intensidad de PaT.- Alternativamente, puede emplearse el DTPAC para el cálculo de esta Intensidad de PaT.
2 HIPOTESIS DE TRABAJO
Las hipótesis de trabajo utilizadas y que se resumen en la Tabla 1 del anexo, son:
2.1 En relación con el terreno
El establecimiento de un conjunto de electrodos normalizados se realizará admitiendo que el terreno es homogéneo. Si fuese biestratificado, éste se podrá aproximar por uno homogéneo siempre y cuando los valores de resistividad de los estratos no sean muy diferentes entre sí. Si el terreno fuese biestratificado, y no pudiera modelizarse como homogéneo, NECESARIAMENTE DEBERÁ EMPLEARSE el DTPAC (modalidad ESTIMA) para
diseñar el electrodo de Puesta a Tierra, empleando preferentemente los electrodos normalizados.
2.2 En relación con la seguridad (Tensiones de Paso y Contacto)
A considerar en todo tipo de Centros de Transformación.
El tiempo máximo de eliminación del defecto se establece en 0.5 segundos para intensidades de puesta a tierra menores de 100 A y en 0,2 segundos para intensidades de puesta a tierra mayores de 100 A.
En las Tablas 1 y 2 se recogen los valores de Tensiones de Contacto (V) y Paso (V ) admisibles, para diversos valores de resistividad superficial del terreno (ρeq) y un tiempo de eliminación de 0.5 segundos y 0,2 segundos respectivamente.
c p
Tabla 1.-Valores de Tensiones de Contacto y Paso admisibles para un tiempo de eliminación del defecto de 0.5 segundos.
ρeq(Ωm) 5 10 50 100 200 300 400 3000
Vc(V) 145.1 146.2 154.8 165.6 187.2 208.8 230.2 792 Vp(V) 1483.2 1526.4 1872 2304 3168 4032 4896 27360
Tabla 2.-Valores de Tensiones de Contacto y Paso admisibles para un tiempo de eliminación del defecto de 0.2 segundos.
ρeq(Ωm) 5 10 50 100 200 300 500 800 1000 3000 Vc(V) 362.7 365.4 387 414 468 522 630 792 900 1980
Vp(V) 3708 3816 4680 5760 7920 10080 14400 20880 25200 68400
Cuando con la utilización de un electrodo normalizado, la Tensión de Contacto resultante sea superior a la Tensión de Contacto admisible por el ser humano, se hará referencia a ciertas medidas adicionales a adoptar, cuyo objetivo es garantizar que la Tensión de Contacto admisible sea superior a la Tensión de Contacto resultante. Como medidas adicionales de seguridad, se emplearán procedimientos que aíslen de los posibles contactos directos. En este sentido se utilizarán recubrimientos aislantes según la normativa de IBERDROLA.
Las claves que se emplearán para tales medidas adicionales de seguridad, sean cuales sean éstas serán:
CH: Capa de hormigón seco (ρs = 3000.Ohm.m)
SAT: Sistema Antitensión de paso y contacto, especificado en la norma NI 09.09.01 "Sistema de antitensión de paso y contacto".
Se desestima por completo la colocación de malla equipotenciadora en placa de hormigón, y la colocación de capa de grava.
En el caso de tratarse de Centros de Transformación prefabricados el SAT se aplicará sobre las aceras perimetrales de CH, y en los edificios de otros usos, se aplicará en el suelo del centro y en las paredes hasta una altura de dos metros.
En Centros de Transformación intemperie sobre apoyo se empleará el SAT sobre la capa de hormigón (CH).
2.2.1 Valores representativos de intensidades de puesta a tierra.- Dado que las Tensiones de Paso y Contacto resultantes en una instalación dependen, entre otros factores, de la Intensidad de Puesta a Tierra, y a fin de facilitar la selección de aplicaciones concretas de electrodos normalizados que hayan de satisfacer la MIE RAT 13, se han elegido como representativos los valores de Intensidad de Puesta a Tierra siguientes, para instalaciones de distribución, tal y como se señaló en el Apartado 1.3.1:
100 A 250 A 500 A 750 A 1000 A
En aquellos Centros de Transformación cuya alimentación forme parte de la red general subterránea (Centros de Transformación en edificio de otros usos - Planta baja o sótano), en cualquier circunstancia que se considere, la intensidad de PaT será reducida, bien sea por que la mayor parte de la corriente de defecto circule preferentemente por las pantallas de los cables subterráneos, bien sea porque la mayor parte de la corriente de defecto se difunda a tierra a través de las envolventes conductoras de los cables subterráneos, en su caso. Esta es la razón por la que los valores seleccionados como intensidad de PaT representativos para estos casos sean:
100 A 200 A 300 A 400 A 500 A
3 FORMAS DE ELECTRODOS SEGUN APLICACIONES
En este apartado se detallan las formas y disposiciones de los electrodos de PaT a utilizar por IBERDROLA, que se resumen en la Tabla 1 del Anexo A.
3.1 Centros de Transformación intemperie sobre apoyo
El electrodo de PaT estará formado por un bucle enterrado horizontalmente alrededor del apoyo con o sin picas.
En zonas expuestas a frecuentes descargas atmosféricas, clasificadas en la MIE RAT 09 apartado 2c como de índice de frecuencia elevado o muy elevado, se adoptará una disposición complementaria de conductores radiales enterrados horizontalmente, tal y como se indica en el apartado 1.1.1 "Disposiciones complementarias en el caso de zonas de elevado riesgo de tormenta" del documento PMTDYC 2.11.31 "Criterios de ejecución de puesta a tierra de los Centros de Transformación, para favorecer la evacuación de descargas tipo rayo, y así prevenir perforaciones indeseables en aislamiento.
3.2 Centros de Transformación Intemperie Compactos
El electrodo de PaT estará formado por un bucle enterrado horizontalmente alrededor del centro, con o sin picas.
3.3 Centros de Transformación Prefabricados de Superficie
El electrodo de PaT estará formado por un bucle enterrado horizontalmente alrededor del centro. El tamaño del bucle dependerá del tipo de Edificio prefabricado de superficie.
3.4 Centros de Transformación Prefabricados Subterráneos
El electrodo de PaT estará formado por un bucle enterrado horizontalmente alrededor del centro.
3.5 Centros de Transformación en Edificios de otros usos (planta baja ó sótano)
En este tipo de centros el electrodo de Puesta a Tierra estará formado por disposiciones a base de picas alineadas, unidas por cable de cobre desnudo enterrado horizontalmente. En todas las configuraciones la interdistancia entre picas será de 1.5 veces la longitud de las mismas, con su cabeza enterrada a una profundidad de 0.5 metros.
4 MATERIALES A UTILIZAR
Las instalaciones de PaT están constituidas por un electrodo enterrado y por las líneas de tierra que conecten dichos electrodos a los elementos que deban quedar puestos a tierra.
En este apartado se indican los materiales que se emplearán en la PaT de las instalaciones que nos ocupan, así como el tipo de conexión que habrá de realizarse en cada caso, que se resumen en la Tabla 1 del Anexo A.
4.1 Línea de Tierra
Es el conductor o conjunto de conductores que une el electrodo de tierra con una parte de la instalación que se haya de poner a tierra, siempre y cuando los conductores estén fuera del terreno o colocados en él pero aislados del mismo.
4.1.1 Centros de Transformación intemperie sobre apoyo.- En este caso ha de distinguirse entre la línea de tierra de la PaT de protección y la línea de tierra de la PaT de servicio.
Línea de tierra de la PaT de Protección
Se empleará cable de cobre aislado de 50 mm2 de sección tipo DNRA 0,6/1 kV especificado en la norma NI 56.31.71 "Cable unipolar DNRA con conductor de cobre para redes subterráneas de baja tensión 0,6/1 kV.
Línea de tierra de la PaT de Servicio
Se empleará cable de cobre aislado de 50 mm2 de sección tipo DNRA 0,6/1 kV especificado en la norma NI 56.31.71 "Cable unipolar DNRA con conductor de cobre para redes subterráneas de baja tensión 0,6/1 kV.
Cuando las PaT de protección y servicio (de neutro) hayan de establecerse unidas, el aislamiento de la línea de tierra de la PaT de neutro soportará una tensión de ensayo de 4000 V durante 1 minuto a frecuencia industrial. La unión de la PaT del neutro se realizará directamente al electrodo de PaT.
Cuando la PaT de protección y servicio (de neutro) hayan de establecerse separadas, como ocurre la mayor parte de las veces, el aislamiento de la línea de tierra de la PaT de neutro, además de satisfacer el requisito establecido en el párrafo precedente, deberá reforzarse en las zonas que en su recorrido resulten próximas a la línea de tierra, y además en su cruce con el electrodo de PaT deberán estar separadas una distancia mínima de 40 cm. El refuerzo de aislamiento del conductor deberá garantizar que soporta, durante 1 minuto, a frecuencia industrial una tensión de ensayo igual al producto de la intensidad de PaT por la resistencia de la PaT de protección. En general esta tensión de ensayo será, como mínimo, de 10.000 V.
Los pararrayos se unirán directamente al punto de PaT de la cuba del Transformador, empleando cable de cobre desnudo de 50 mm2 de sección especificado en la norma NI 54.10.01 "Conductores desnudos de cobre para líneas eléctricas aéreas y subestaciones de alta tensión" mediante conexión lo más corta posible.
4.1.2 Centros de Transformación prefabricados de superficie, subterráneos, intemperie compactos y en edificios de otros usos.- En estos casos también hay que distinguir entre la línea de tierra de la PaT de protección y la línea de tierra de la PaT de servicio.
Línea de tierra de la PaT de Protección
Se empleará cable de cobre desnudo de 50 mm2 de sección, según NI 54.10.01 "Conductores desnudos de cobre para líneas eléctricas aéreas y subestaciones de alta tensión".
Línea de tierra de la PaT de Servicio
Se empleará cable de cobre aislado de 50 mm2 de sección tipo DN 0,6/1 kV, según NI 56.31.71 "Cable unipolar DN-RA con conductor de cobre para redes subterráneas de baja tensión 0,6/1 kV.
Cuando las PaT de protección y servicio (de neutro) hayan de establecerse unidas, el aislamiento de la línea de tierra de la PaT de neutro soportará una tensión de ensayo de 4000
V durante 1 minuto a frecuencia industrial. La unión de la PaT del neutro se realizará directamente al electrodo de PaT.
Cuando la PaT de protección y servicio (de neutro) hayan de establecerse separadas, como ocurre la mayor parte de las veces, el aislamiento de la línea de tierra de la PaT de neutro, además de satisfacer el requisito establecido en el párrafo precedente, deberá reforzarse en las zonas que en su recorrido resulten próximas a la línea de tierra, y además en su cruce con el electrodo de PaT deberán estar separadas una distancia mínima de 40 cm. El refuerzo de aislamiento del conductor deberá garantizar que soporta, durante 1 minuto, a frecuencia industrial una tensión de ensayo igual al producto de la intensidad de PaT por la resistencia de la PaT de protección. En general esta tensión de ensayo será, como mínimo, de 10 000 V.
4.2 Electrodo de Puesta a Tierra
Dada la alta resistencia a la corrosión, frente a ataques de tipo químico, biológico (anaerobio), oxidación, formación de pares electrolíticos entre metales diferentes o entre un metal y los productos de su alteración, electrólisis, corriente de circulación en el terreno (vagabundas), etc. que deben de soportar los metales utilizados como electrodos de PaT, así como de la dificultad de conocer a priori la agresividad del terreno (ver tabla 3), y después de analizados los precios de ejecución de la mano de obra para los distintos materiales, se hace sistemático el empleo de conductor de cobre.
Asimismo, se empleará conductor de cobre cuando se establezca la PaT de un pararrayos.
Tabla 3.-Relación entre la resistividad del terreno y su grupo de agresividad
Con el empleo de cobre, hay que tener presente los inconvenientes resultantes de la formación de pares electrolíticos cobre-hierro o cobre-plomo con las estructuras metálicas en contacto con el suelo, cables bajo cubierta de plomo, depósitos de otras instalaciones cercanas, etc. que serán objeto de corrosión por parte del electrodo de Puesta a Tierra instalado, en cuyo caso deberán ser protegidas con ánodos de sacrificio.
Bucle
Las secciones de los metales utilizados para la construcción de bucles serán:
- conductor de cobre, de 50 mm2, según NI 54.10.01 "Conductores desnudos de cobre para líneas eléctricas aéreas y subestaciones de alta tensión".
Picas
En lo referente al empleo de picas, éstas han de presentar una resistencia mecánica adecuada para permitir el hincado por percusión, incluso en terrenos de penetración difícil.
Deberán emplearse picas cilíndricas de acero-cobre del tipo PL 14-2000 (según NI 50.26.01
"Picas cilíndricas de acero cobre"), nunca de hierro.
En casos excepcionales, podrán emplearse electrodos especiales de acondicionamiento del terreno.
4.3 Selección del material de las piezas de conexión
Las distintas conexiones que habrán de realizarse, se efectuarán empleando los elementos que a continuación se indican:
4.3.1 Conexión enterrada
- Conductor-Conductor
Grapa de latón con tornillo de acero inoxidable, tipo CGP/C16, según NI 58.26.04
"Herrajes y accesorios para líneas aéreas de A.T." (1).
- Conductor-Pica
Grapa de conexión para pica cilíndrica de acero-cobre, tipo GC-P14,6/C50, según NI 58.26.03 "Grapas de conexión para picas cilíndricas de acero-cobre".
(1) Deberán encintarse.
4.3.2 Conexión al aire
- Conductor-Conductor
Grapa de latón con tornillo de acero inoxidable, tipo CGP/C16, según NI 58.26.04
"Herrajes y accesorios para líneas aéreas de A.T.".
En los conductores de PaT se dispondrá una pletina para cable de cobre de 50 mm2 de sección en la conexión entre los distintos elementos que deben ponerse a tierra y estos conductores, efectuándose dicha conexión mediante un tornillo de acero galvanizado con tuerca y arandela.
TABLA 1
CENTROS DE TRANSFORMACION. CRITERIOS DE DISEÑO
CENTROS DESCRIPCION
TIPO CARACTERISTICAS
SEGURIDAD * Vc y Vp SEGUN MIE RAT 13(1)
FORMA DEL ELECTRODO * PROTECCION: BUCLE O COMBINACION BUCLE Y PICAS(2) SERVICIO: PICA
INTEMPERIE * PROTECCION: BAJADA COBRE AISLADO
SOBRE APOYO LINEA DE TIERRA. MATERIAL UNION DESCARGADOR A CUBA TRAFOS CON COBRE DESNUDO
SERVICIO: COBRE AISLADO MATERIAL DEL ELECTRODO * PROTECCION: COBRE
SERVICIO: COBRE
SEGURIDAD * Vc y Vp SEGUN MIE RAT 13(1)
FORMA DEL ELECTRODO * PROTECCION: BUCLE O COMBINACION BUCLE Y PICAS
INTEMPERIE SERVICIO: PICA
COMPACTOS LINEA DE TIERRA. MATERIAL * PROTECCION: COBRE DESNUDO SERVICIO: COBRE AISLADO MATERIAL DEL ELECTRODO * PROTECCION: COBRE
SERVICIO: COBRE
SEGURIDAD * Vc y Vp SEGUN MIE RAT 13(1) FORMA DEL ELECTRODO * PROTECCION: BUCLE
PREFABRICADOS SERVICIO: PICA
DE SUPERFICIE LINEA DE TIERRA. MATERIAL * PROTECCION: COBRE DESNUDO SERVICIO: COBRE AISLADO MATERIAL DEL ELECTRODO * PROTECCION: COBRE
SERVICIO: COBRE
SEGURIDAD * Vc y Vp SEGUN MIE RAT 13(1) FORMA DEL ELECTRODO * PROTECCION: UN BUCLE
PREFABRICADOS SERVICIO: PICA
SUBTERRANEOS LINEA DE TIERRA. MATERIAL * PROTECCION: COBRE DESNUDO SERVICIO: COBRE AISLADO MATERIAL DEL ELECTRODO * PROTECCION: COBRE
SERVICIO: COBRE
SEGURIDAD * Vc y Vp SEGUN MIE RAT 13(1)
FORMA DEL ELECTRODO * PROTECCION: DISPOSICIONES LINEALES
EN EDIFICIOS SERVICIO: PICA
DE OTROS USOS LINEA DE TIERRA. MATERIAL * PROTECCION: COBRE DESNUDO SERVICIO: COBRE AISLADO MATERIAL DEL ELECTRODO * PROTECCION: COBRE
SERVICIO: COBRE (1) Vc y Vp Tensiones de Contacto y de Paso
(2) En zonas con frecuentes descargas atmosféricas, disposición complementaria a base de conductores radiales enterrados horizontalmente.
SECCION DE MATERIALES
LINEA DE TIERRA COBRE AISLADO: 50 mm² DE SECCION, T IPO DN-RA 0,6/1 kV COBRE DESNUDO: 50 mm² DE SECCION
ELECTRODO BUCLE COBRE DESNUDO: 50 mm² DE SECCION
DE PaT PICAS COBRE: 14,6 mm DE DIAMETRO Y 2 m DE LONGITUD
