Evaluación del efecto de diferentes parámetros en la resistencia de puestas a tierra de líneas de transmisión

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electroenergética. TRABAJO DE DIPLOMA Evaluación del efecto de diferentes parámetros en la resistencia de puestas a tierra de líneas de transmisión. Autor: Roberto A Rodríguez Martín. Tutor: Dr. Ángel C. Valcárcel Rojas. Santa Clara 2013 “Año 55 de la Revolución”.

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electroenergética. TRABAJO DE DIPLOMA Evaluación del efecto de diferentes parámetros en la resistencia de puestas a tierra de líneas de transmisión. Autor: Roberto A Rodríguez Martín E-mail: [email protected] Tutor: Dr. Ángel C. Valcárcel Rojas E-mail: [email protected]. Santa Clara 2013 “Año 55 de la Revolución”.

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería Eléctrica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Tutor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. Basta un poco de espíritu aventurero para estar siempre satisfechos, pues en esta vida, gracias a dios, nada sucede como deseábamos, como suponíamos, ni como teníamos previsto. Noel Clarasó.

(5) ii. DEDICATORIA. Dedico este triunfo a todas las personas que han hecho posible la realización de este trabajo, en especial a mi madre y mi padre por ser mis guías durante toda una vida, especialmente en estos cinco años que llevo en la universidad, por ser las personas que a todos nos hacen falta cuando nadie más está para darte un consejo que solo ellos pueden darnos. A mi hermana y a una señora que le hice pasar malas noches, mi abuela. A mi familia en general por apoyarme en mi sueño de graduarme en la universidad como ingeniero. A mi novia por ser esa persona que ha permanecido a mi lado en las buenas y en las malas y me ha sabido brindar todo su cariño y amor desinteresadamente. A todas esas personas y a todos los que me han apoyado y ayudado durante estos cinco años le dedico este triunfo..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. Agradezco infinitamente a todas aquellas personas que de una forma u otra me ayudó para que llegara hasta este escalón tan alto en mi vida….  A mi familia por brindarme su gran amor, dedicación, ayuda incondicional y guiarme siempre por el camino correcto.  A mis tutores Ángel Valcárcel Rojas que sin su ayuda no hubiera sido posible la realización de este trabajo.  A todos mis profesores por su ayuda durante mi carrera para convertirme en un profesional.  A todos mis compañeros, a los que lograron llegar aquí conmigo y los que se quedaron rezagados, que sigan adelante que la meta está lejos pero no es inalcanzable. A todos muchas gracias..

(7) iv. TAREA TÉCNICA. 1.Realizar un estudio crítico de la bibliográfica relacionada con el tema. 2.Familiarización en el trabajo con el programa PAST. 3.Diseñar con la ayuda del programa PAST diferentes configuraciones de puesta a tierra para evaluar el efecto de diferentes parámetros en la resistencia de conexión a tierra, tanto para terreno homogéneo como no homogéneo.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN. Los sistemas de puesta a tierra constituyen uno de los elementos más importantes de los sistemas eléctricos, presentándose en los últimos tiempos una tendencia a estandarizar los proyectos de puesta a tierra, lo cual puede traer consigo proyectos sobredimensionados o subdimencionados. Con este trabajo se propone realizar un estudio del efecto que provocan diferentes parámetros en la resistencia de los sistemas de puesta a tierra a las líneas de transmisión. La herramienta utilizada es el programa PAST 1.0 creado en el Centro de Estudios Electroenergéticos de la Universidad Marta Abreu de las Villas. Con este programa se evaluaron diferentes configuraciones de electrodos, determinando el efecto a los principales parámetros que afectan el valor de la resistencia de conexión a tierra como: La resistividad, la estratificación del terreno, la profundidad de enterramiento, las dimensiones de la puesta a tierra y el uso de diferentes tipos de electrodos. Así se tuvo una visión mucho más real de cómo se. comportan los valores reales de resistencia teniendo en cuenta estos. parámetros además de realizar un análisis crítico a la norma cubana. La aplicación de este trabajo es de gran importancia ya que da a conocer sobre bases científicas justificadas el efecto de los parámetros mencionados sobre la resistencia de puesta a tierra, lo cual demuestra lo inadecuado del uso de proyectos estandarizados..

(9) vi. TABLA DE CONTENIDOS PENSAMIENTO..............................................................................................................i DEDICATORIA ............................................................................................................. ii AGRADECIMIENTOS ............................................................................................... iii TAREA TÉCNICA ........................................................................................................iv RESUMEN ........................................................................................................................ v INTRODUCCIÓN ........................................................................................................... 1 CAPÍTULO 1.. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA. .. 4. 1.1. Definición de puesta a tierra. ............................................................................... 5. 1.2. Característica de la puesta a tierra. ................................................................... 5. 1.3. Objetivos de un sistema de puesta a tierra. ...................................................... 6. 1.4. Puesta a tierra de líneas de transmisión. .......................................................... 6. 1.5. Elementos de una puesta a tierra de las líneas de transmisión. ................... 7. 1.6. Definiciones y terminología generales. .............................................................. 9. 1.7. Resistividad del terreno. ..................................................................................... 11. 1.7.1. Conducción eléctrica de los suelos. ............................................................. 12. 1.7.2. Tipos de suelos. ............................................................................................... 12.

(10) vii 1.7.3. Influencia de la humedad en los suelos. ...................................................... 14. 1.7.4. Influencia de la temperatura de los suelos. ................................................. 15. 1.7.5. Influencia de la compactibilidad de los suelos. ........................................... 15. 1.8. Medición de resistividad. .................................................................................... 16. 1.8.1. Configuración de Wenner. .............................................................................. 16. 1.8.2. Configuración de Schlumberger. ................................................................... 17. 1.8.3. Formas de los gráficos de resistividad aparente. ....................................... 18. 1.8.3.1 1.8.4. Terreno formado por dos estratos. ............................................................ 18 Medición de la resistividad del suelo y resistencia eléctrica en líneas. aéreas en construcción. ................................................................................................ 19 1.8.4.1. Medición de la resistividad del suelo en líneas aéreas para el diseño. de la red de tierra. .......................................................................................................... 19 1.8.4.2. Medición de la resistencia eléctrica de la red de tierras para líneas de. transmisión en construcción. ........................................................................................ 21 1.8.5. Medición de la resistividad del suelo y resistencia eléctrica en líneas de. transmisión aéreas en operación. ............................................................................... 23 1.8.5.1. Medición de la resistividad del suelo. ....................................................... 23. 1.8.5.2. Medición de la resistencia eléctrica de la red de tierra. ......................... 23. 1.8.5.3. Medición de la resistencia con resistividad del suelo menor de 100. Ω-m……………… ........................................................................................................... 25 1.8.5.4. Medición de la resistencia con resistividad del suelo mayor a 100. Ω-m……………… ........................................................................................................... 25 1.9. Norma cubana. Líneas aéreas eléctricas. Líneas para tenciones mayores. que 1 kV hasta 220 kV. ................................................................................................. 26 1.9.1 1.9.1.1. Especificaciones de la norma para los sistemas de puesta a tierra. ...... 26 Se pondrán a tierra. ..................................................................................... 26.

(11) viii 1.9.1.2. Valores de resistencia admisibles. ............................................................ 26. CAPÍTULO 2.. PROGRAMA PARA EL PROYECTO Y ANÁLISIS DE PUESTA A. TIERRA, PAST 1.0. ........................................................................................................... 31 2.1. Ventana principal. ................................................................................................ 31. 2.1.1. Opciones de menú Ficheros. ..................................................................... 32. 2.1.2. Opción de menú Datos. .............................................................................. 32. 2.1.3. Opción de menú Cálculos........................................................................... 35. 2.1.4. Opción de menú Resultados. ..................................................................... 38. CAPÍTULO 3.. ANÁLISIS. DE. DIFERENTES. PARÁMETROS. EN. LA. RESISTENCIA DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN…............................................................................................................... 41 3.1. La estratificación del terreno. ............................................................................ 41. 3.2. La resistividad del terreno. ................................................................................. 42. 3.2.1. Terrenos homogéneos. ............................................................................... 42. 3.2.2. Terrenos no homogéneos........................................................................... 44. 3.2.2.1. Resistividad del estrato superior mayor a la del estrato inferior. (ρ1≥ρ2)…. ................................................................................................................... 44 3.2.2.2. Resistividad del estrato inferior mayor a la del estrato superior. (ρ2≥ρ1)…. ................................................................................................................... 46 3.3. Variación del espesor del estrato superior para terreno no. homogéneo…. ............................................................................................................ 47 3.3.1. Análisis de la variación del espesor usando electrodos horizontales. 47. 3.3.2. Análisis de la variación del espesor usando la combinación de. electrodos horizontales y verticales. ....................................................................... 49 3.4 3.4.1. La profundidad de enterramiento...................................................................... 50 Terrenos homogéneos. ................................................................................... 50.

(12) ix 3.4.2. Terrenos no homogéneos. ............................................................................. 52. 3.4.2.1. Resistividad del estrato superior mayor a la del estrato inferior. (ρ1≥ρ2)…. ....................................................................................................................... 52 3.4.2.2. Resistividad del estrato inferior mayor a la del estrato superior. (ρ2≥ρ1)…. ....................................................................................................................... 53 3.5. Dimensiones de la puesta a tierra. ................................................................... 55. 3.6. Uso de diferentes tipos de electrodos. ............................................................. 57. 3.7. Análisis de los valores de resistencia propuestos en la norma. .................. 57. 3.7.1. Terrenos homogéneos. ................................................................................... 57. 3.7.2. Terrenos no homogéneos. ............................................................................. 61. 3.7.2.1. Resistencia del estrato superior mayor a la del estrato inferior. (ρ1≥ρ2)…. ....................................................................................................................... 61 3.7.2.2. Resistividad del estrato superior mayor a la del estrato inferior. (ρ2≥ρ1)…. ....................................................................................................................... 63 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................... 64 CONCLUSIONES ...................................................................................................... 64 RECOMENDACIONES.......................................................................................... 65 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................... 66 ANEXOS ........................................................................................................................... 67 Anexo I. Configuraciones propuestas para el análisis. ............................................ 67.

(13) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. El ser humano desarrolla normalmente sus actividades sobre la superficie de la tierra, construye sobre ellas sus edificios, calles, lugares de trabajo y paseo, fábricas etc. Por otro lado el suministro de la energía eléctrica que requiere una sociedad moderna es necesario instalar centrales generadoras, líneas de transmisión, subestaciones y líneas de distribución, elementos cada vez más integrados físicamente a la comunidad. Considerando esta relación íntima y frecuente entre el hombre y las instalaciones eléctricas, es imprescindible tomar las medidas requeridas para reducir al mínimo los riesgos a que puedan quedar sometidas las personas por un efecto directo o indirecto de estas instalaciones. El crecimiento natural de los sistemas de generación y transmisión, tanto de magnitud de potencia instalada como en los niveles de voltaje de sus líneas y subestaciones, ha hecho necesario efectuar una revisión de algunos criterios antiguos de proyecto y diseño de puestas a tierra. Estos criterios, por su simplicidad y generalidad, pueden conducir a un sobredimensionamiento de la puesta. a. tierra,. con. los. consecuentes. gastos. innecesarios,. o. a. un. subdimensionamiento, con soluciones técnicas inadecuadas e inseguras. De este modo, es frecuente encontrar recetas que recomiendan la aplicación de un mismo proyecto de puesta a tierra, independientemente de las características de la instalación a proteger. Esto conduce generalmente a que la efectividad (vista como el cumplimiento de los requerimientos técnico-económicos) de los sistemas de tierra sea sumamente cuestionable, dependiendo de variables complejas como.

(14) INTRODUCCIÓN. 2. la resistividad del terreno y de condiciones particulares de la instalación que se trate. Una sana política a aplicar al proyectar puestas a tierra es que cada situación es particular y como tal debe abordarse. Aunque es recomendable la normalización, esta debe aplicarse con precaución, ya que son numerosos los riesgos de usarla incorrectamente. Por lo tanto, es aconsejable que quienes deben proyectar sistemas de puesta a tierra, conozcan los fundamentos que les permitan analizar las diferentes situaciones que puedan presentarse. En este sentido el objetivo de este trabajo es realizar un análisis crítico de los efectos de diferentes parámetros en la resistencia de puesta a tierra de líneas de transmisión para evitar que se continúen desarrollando sistemas de puesta a tierra sin tener en cuenta estos efectos para evitar sobredimensionando o subdimensionamiento con sus respectivos efectos no deseados. Luego en el presente trabajo se plantea la situación problémica siguiente: Debido a la complejidad del problema y a la falta de conocimientos sobre el tema, los proyectos de sistemas puesta a tierra tienden a ser estandarizados sin tener en cuenta el efecto de los diferentes factores que inciden en el mismo. Las normas, incluyendo la cubana dan altos valores de resistencia para terrenos de alta resistividad. Con la ayuda del PAST se analizan diferentes configuraciones para tener una mejor idea del efecto de diferentes parámetros en los valores de resistencia de conexión a tierra. Para buscar la respuesta a esta situación se traza como objetivo general el siguiente: Con ayuda del PAST diseñar diferentes configuraciones de puesta a tierra y evaluar el efecto de diferentes parámetros en la resistencia de puesta a tierra como pueden ser:  La resistividad del terreno.  La estratificación del terreno.  La profundidad de enterramiento..

(15) INTRODUCCIÓN. 3.  Las dimensiones de la puesta a tierra.  Uso de diferentes tipos de electrodos. De este objetivo general se derivan los objetivos específicos siguientes: 1.Estudio de la bibliografía relacionada con el tema. 2.Familiarizarse en el trabajo con el programa PAST. 3.Diseñar con el PAST diferentes configuraciones de puesta a tierra. 4.Para cada configuración evaluar el efecto de diferentes parámetros en la resistencia de puesta a tierra, tanto para terreno homogéneo como no homogéneo. Organización del informe El presente trabajo se encuentra estructurado en tres capítulos de acuerdo con los objetivos específicos que se persiguen. En el Primer Capítulo: Se realiza una descripción y análisis de los conceptos y definiciones básicos relacionados con los sistemas de puesta a tierra encontrados en la bibliografía consultada, con el objetivo de elaborar el marco teórico. En el Segundo Capítulo: En este se hace una descripción del programa PAST 1.0.en cuanto a su funcionamiento y potencialidades. En el Tercer Capítulo: Se hace una evaluación del efecto de diferentes parámetros en la resistencia de puesta a tierra de algunas de las configuraciones de electrodos más recurrentes en la bibliografía consultada. Como resultado del trabajo se arriban a un conjunto de conclusiones que constituyen una guía de procedimiento a tener en cuenta para el proyecto de instalaciones de puesta a tierra y por otra parte dan fe de la validez del empleo del programa PAST en estudios de este tipo..

(16) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. 4. CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. Hoy en día, prácticamente todos los sistemas se proyectan para operar sólidamente conectados a tierra. Desde los primeros inicios se fueron desarrollando métodos de proyectos y análisis de sistemas de puesta a tierra, que por la complejidad del asunto implicaban procedimientos matemáticos muy laboriosos para la época, lo que obligó a recurrir a métodos que, aunque aproximados, cumplían con las exigencias de la práctica laboral. En las instalaciones eléctricas de cualquier tipo, por razones de seguridad para el personal que las opera, es necesario que se mantenga el menor potencial posible respecto a tierra, tanto bajo condiciones de operación normales como bajo condiciones de falla. La posibilidad de que en cualquiera de las partes metálicas, accesibles al contacto con las personas, se presenten potenciales respecto a tierra peligrosos, se puede reducir considerablemente, e incluso llegar a eliminarse mediante la puesta a tierra de las mismas. El valor de la resistencia de la puesta a tierra debe ser lo más pequeño posible a fin de limitar la tensión. Sin embargo, una puesta a tierra no puede considerarse como satisfactoria sólo por presentar un bajo valor de resistencia, ya que es necesario que se cumpla que el producto de la corriente de falla multiplicado por la impedancia de la puesta a tierra, dé un valor de tensión que no sea peligroso para el hombre y que, además, satisfaga los requerimientos de operación de la instalación..

(17) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. 5. Para realizar este estudio se revisaron y analizaron diferentes estándares reconocidos como los de la IEEE (“Institute of Electrical and Electronics Engineers”), publicaciones, manuales de puesta a tierra y páginas en internet de algunos de los fabricantes de dichas mallas de tierra. 1.1 Definición de puesta a tierra. Un conjunto de uno o más electrodos metálicos desnudos, enterrados en el terreno e interconectados eléctricamente entre sí, cuyo objetivo principal es proporcionar un contacto eléctrico conductivo entre tierra y otros elementos metálicos que se encuentran en una instalación sobre el terreno o en el mismo terreno.[1] [2] 1.2 Característica de la puesta a tierra. - Conducir y dispersar en el terreno las corrientes de cualquier naturaleza que se puedan presentar ya sea por falla, descargas atmosféricas o debidas a maniobras, sin provocar gradientes de potencial peligrosos sobre la superficie de un terreno o entre el punto del terreno y objetos conductores vecinos, para lo cual se debe presentar una resistencia eléctrica adecuada que represente una buena capacidad de conducción.[3] -Los diferentes elementos y electrodos que conforman el sistema de puesta a tierra deben ser capaces de conducir, durante el mayor tiempo corrientes –Debe. de ser. fallas resistente. sin. sufrir. al. ataque. calentamientos corrosivo. del. posible, las excesivos.[3] terreno.[3]. -El valor de resistencia de puesta a tierra debe ser el adecuado para cada tipo de instalación.[3] -La variación de la resistencia eléctrica del terreno debida a cambios ambientales debe ser mínima, tal que en cualquier época del año, la corriente de falla a tierra sea capaz de producir la operación de los elementos de protección como los relés, fusibles, pararrayos.[3].

(18) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. 6. -Su vida útil debe ser mayor de 20 años.[3] -Debe permitir un mantenimiento periódico.[3] -Su costo debe ser lo más bajo posible, considerando los requerimientos de las normas y especificaciones.[3] 1.3 Objetivos de un sistema de puesta a tierra. Los sistemas de puesta a tierra tienen que cumplir una serie de objetivos como son:[1] [3] [4] [5] [2] -Contribuir a reducir los valores de sobrevoltaje que pueden aparecer en condiciones anormales de operación en los sistemas eléctricos. - Proporcionar una vía de baja impedancia para lograr la operación correcta de los elementos de protección del sistema. - Conducir en forma eficiente hacia tierra las descargas atmosféricas, limitando las diferencias de potencial que pudieran presentarse en la instalación. -Dar seguridad a las personas dentro de las instalaciones eléctricas. -Proveer protección de las instalaciones eléctricas. -Mantener la continuidad en el servicio eléctrico. -Permitir un establecimiento y continuidad de un potencial de referencia para la seguridad. y. funcionamiento. de. los. equipos. electrónicos,. unidades. de. procesamiento de datos e instrumentos. -Asegurar una protección contra electricidad estática. 1.4 Puesta a tierra de líneas de transmisión. La puesta a tierra de las estructuras de soporte son de gran importancia, ya que esta permite el aumento del factor de división de corriente, lo cual disminuye la corriente total que se dispersará por la malla, disminuyendo así potenciales peligrosos en las vecindades de la misma. Por otra parte una baja resistencia de.

(19) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. 7. conexión a tierra de las torres reduce la posibilidad de falla del aislamiento de la misma bajo condiciones de descargas atmosféricas.[3] 1.5 Elementos de una puesta a tierra de las líneas de transmisión. La puesta a tierra de las líneas de transmisión tiene asociado un grupo de elementos y fenómenos para las cuales hay que tener en cuenta en su diseño.[6] . Bajante.. Es un conductor metálico que conecta al hilo de guarda con la red de tierra en estructuras no metálicas. . Cola de Rata.. Conexión entre el hilo de guarda y la estructura. . Contra-antena (Electrodo Horizontal).. Conductor metálico desnudo, enterrado y tendido en forma horizontal en una sola dirección, a una profundidad y longitud variable, que debe estar conectado a la estructura, y sirve para drenar corrientes de descarga atmosférica o de falla. . Corriente de Descarga Atmosférica. Es la corriente provocada por un rayo que incide en la línea aérea y que fluye por el sistema de tierras. . Corriente de Falla.. Es la corriente alterna que fluye durante una falla de corto circuito de los conductores de la línea de transmisión aérea a tierra. . Electrodo de Tierra.. Cuerpo conductor o conjunto de elementos conductores agrupados y en contacto íntimo con la tierra y destinados a establecer una conexión con la misma..

(20) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. . 8. Electrodo Vertical.. Cuerpo conductor o relleno de forma cilíndrica, enterrado y en posición vertical tal como: electrodos, tubos metálicos y mezclas de carbón. . Estructura.. La unidad principal soporte, generalmente un poste, torre o marco que soporta los aisladores, conductores y accesorios de una línea de transmisión aérea. . Puesta a Tierra.. Conectar intencionalmente a la red de tierra estructuras y/o equipos. . Red de Tierra.. Conjunto de electrodos y contra-antenas enterrados de un sistema de tierra que drena a tierra las corrientes de descarga atmosférica y de falla, y es un punto de conexión a tierra seguro para el personal durante maniobras con líneas de transmisión aérea energizada o desenergizadas. . Relleno.. Aportación de un material diferente al suelo natural en las inmediaciones de los electrodos de tierra. . Resistencia a Tierra.. Es la oposición al paso de la corriente eléctrica entre la estructura y un electrodo remoto medida en Ω. . Resistividad.. Es la resistencia eléctrica específica de un material medida en Ω-m (ohm. Metro). Es la constante de proporcionalidad entre la caída de potencial por unidad de longitud y la densidad de corriente (corriente por unidad de área)..

(21) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. . 9. Sistema de Tierra.. Es el conjunto de elementos que sirven para drenar la corriente de descarga atmosférica o de falla de las líneas de transmisión aéreas, que incluye: Hilos de guarda, cola de rata, estructura, conductor de puesta a tierra, red de tierra. 1.6 Definiciones y terminología generales. Es conveniente definir algunos términos usados frecuentemente para referirse al proyecto y análisis de puestas a tierra, y que algunas de ellas se utilizan en este trabajo. Se ha tratado que estas definiciones no se aparten de las habituales utilizadas en la literatura correspondiente y en las normas más conocidas e importantes. Se ha preferido indicar las definiciones en un orden lógico y no alfabético.[7] [2] [8] [1] 1. Tierra: Es la masa conductiva del terreno considerado como un todo. La tierra posee conductividades muy bajas en comparación con los materiales conductores, pero por su tamaño puede considerarse como un conductor de características aceptables debido al gran volumen de material que participa en la conducción. 2. Puesta a tierra: Es un conjunto de uno o más electrodos metálicos desnudos, enterrados en el terreno (en forma horizontal o vertical) e interconectados eléctricamente entre sí, cuyo objetivo fundamental es proporcionar un contacto eléctrico conductivo entre el terreno y otros elementos metálicos que se encuentran en una instalación sobre el terreno o en el terreno mismo. 3. Poner a Tierra: Es una acción intencional, mediante la cual elementos activos del sistema, se conectan a una puesta a tierra, a manera de establecer, de forma sólida, la tierra como potencial de referencia. 4. Conectar a tierra: Es una acción física intencional, de carácter particular, realizada mediante conductores y conectores, para unir un determinado.

(22) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. 10. elemento metálico o punto de un circuito de una instalación, con la puesta a tierra correspondiente. El objetivo es establecer un potencial similar en todos estos elementos. 5. Tierra remota o de referencia: Es una zona del terreno, suficientemente distante de una puesta a tierra, tal que su potencial no cambie ante variaciones de la corriente dispersada por la puesta a tierra o sistema de puesta tierra. Definida de esta forma, la tierra remota se encuentra ubicada a una distancia teóricamente infinita de la puesta a tierra. Sin embargo, para fines prácticos, toda zona a partir de cierta distancia, puede considerarse como la tierra remota. Esta distancia depende, por un lado de las dimensiones de la puesta a tierra, y por otro lado, de la precisión aceptada en su medición o análisis. 6. Corriente de tierra: Es la parte de la corriente residual de falla que es dispersada por la puesta a tierra y que retorna al circuito correspondiente a través de la tierra remota. 7. Electrodo de tierra: Es el constituyente más simple de una puesta a tierra destinado a proporcionar un contacto con tierra. Consiste generalmente de un tramo recto de conductor, enterrado en forma vertical u horizontal. Una puesta a tierra puede estar constituida por un solo electrodo o por una combinación de electrodos. 8. Malla de tierra: Es una puesta a tierra común a todos los elementos metálicos y circuitos de una instalación o parte claramente definida de la instalación. Tiene como objetivo el poseer un adecuado valor de resistencia y además controlar las solicitaciones de voltaje a que pueden quedar sometidas las personas y equipos, en el interior y contorno del área abarcada por ella. Generalmente consiste de un retículo de conductores interconectados y enterrados a cierta profundidad. La malla de tierra puede estar unida con otras puestas a tierra, mallas de tierra o electrodos auxiliares, para mejorar sus características y las del conjunto. 9. Malla equipotencial: es un conjunto de conductores o una rejilla metálica de material plegado, instalada sobre o bajo el terreno o suelo, conectada a.

(23) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. 11. una puesta a tierra principal y que tiene como función principal establecer un potencial uniforme en el área abarcada. En el caso de una falla residual que compromete a la puesta a tierra principal, la malla equipotencial dispersa solo una corriente de pequeña magnitud hacia el medio en que se encuentra inmersa o en contacto. 10. Electrodo auxiliar de puesta a tierra: Es un electrodo elemental, generalmente alejado de la puesta a tierra principal, que tiene como función esencial mejorar las características de esta última. 11. Resistencia a tierra: Es la resistencia existente entre un punto cualquiera de una puesta a tierra y la tierra remota. Se define como el cociente entre el potencial eléctrico que adquiere una puesta a tierra y la corriente dispersada en el terreno por ésta. 12. Sistema de puesta a tierra: Es la interconexión intencional de diferentes puestas a tierra ubicadas en un área determinada, generalmente próximas entre sí, con el objetivo de mejorar las características del conjunto. Un sistema de puesta a tierra (SPT) abarca una parte esencial de la protección de cualquier estructura (sistema de potencia, edificaciones, etc.), disipando la corriente de impacto en el suelo y reduciendo los daños al personal así como al equipamiento eléctrico y electrónico. 13. Potencial: Es el potencial eléctrico (diferencia de tensión o voltaje) que existe entre una puesta a tierra, un elemento metálico de una instalación, un punto del terreno, etc., y la tierra remota o de referencia. 1.7 Resistividad del terreno. La resistividad eléctrica del suelo describe la dificultad que encuentra la corriente a su paso por él. El suelo es una mezcla de roca, gases, agua y otros minerales orgánicos e inorgánicos. Esta mezcla hace que la resistividad del terreno aparte de depender de su composición interna, dependa de otros factores externos como son la temperatura, la humedad, el contenido de sales, etc., que pueden provocar que el mismo suelo presente resistividades diferente con el tiempo.[9].

(24) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. 12. 1.7.1 Conducción eléctrica de los suelos. La mayoría de los minerales que conforman los suelos (arenas, arcillas, rocas, etc.) son, muy malos conductores de la electricidad. Sin embargo, cuando se les adiciona agua, su resistividad disminuye y pueden considerarse como conductores aceptables, aunque muy pobres en comparación con los conductores metálicos clásicos. Así por ejemplo, la resistividad del cobre es de aproximadamente 1,6×10-8 Ω-m, mientras que la resistividad media de un terreno normal es del orden de 100 Ω-m. Esta fuerte influencia de la humedad en la resistividad de los minerales se debe a que, para la mayoría de ellos, la conducción eléctrica es mixta con enlaces covalentes e iónicos, siendo estos últimos los más importantes. De este modo, la resistividad de un suelo depende en gran medida de la cantidad de agua atrapada, de la resistividad misma del agua y de otras características particulares del suelo. Se consideran importantes para determinar la resistividad, las siguientes propiedades del suelo:[9] [10]  Tipos de minerales que lo conforman.  Contenido de humedad.  Composición química y concentración de las sales disueltas en el agua.  Temperatura.  Granulometría del material que lo conforma.  Compactibilidad. 1.7.2 Tipos de suelos. Es difícil hacer una clasificación rigurosa de los tipos de suelos, debido a la gran variedad de minerales que los forman. Así, dos suelos que presentan una apariencia muy similar, pueden tener resistividades muy diferentes. En una primera clasificación muy simple de los suelos, puede decirse que gran parte de éstos están formados por distintas mezclas de arenas, arcillas, gravas y rocas. Dependiendo de la cantidad de agua contenida por los diferentes minerales y de las características de estas aguas, la resistividad del suelo puede variar dentro de.

(25) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. 13. rangos muy amplios. La Tabla 1.1, extraída de [9], indica rangos de resistividad para una clasificación gruesa de algunos tipos de suelos.[10] [3] Tabla 1.1. Valores de resistividad para diferentes tipos de suelos. Naturaleza del terreno. Resistividad en Ω-m. Terrenos Pantanosos. De algunas unidades a 30. Limo. 20 a 100. Humus. 10 a 150. Turba Húmeda. 5 a 100. Arcilla Plástica. 50. Marga y Arcillas Compactas. 100 a 200. Margas del jurásico. 30 a 40. Arena Arcillosa. 50 a 500. Arena Silícea. 200 a 300. Suelo Pedregoso Cubierto de Césped. 300 a 500. Suelo Pedregoso Desnudo. 1500 a 3000. Calizas Blandas. 100 a 300. Calizas Compactas. 1000 a 5000. Calizas Agrietadas. 500 a 1000. Pizarras. 50 a 300. Roca de Mica o Cuarzo. 500 a 5000.

(26) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. 14. 1.7.3 Influencia de la humedad en los suelos. Se ha mencionado antes que el contenido de agua en los minerales es el factor más importante para determinar la resistividad de los suelos. En cierta región geográfica, el contenido de humedad del suelo, depende de sus características climáticas. Si se trata de una zona desértica con precipitaciones escasas, el contenido de agua en los minerales es reducido y las resistividades muy altas, tanto en los estratos superiores como en el lecho de roca. Por otro lado, en zonas con precipitaciones anuales normales, la resistividad de los estratos inferiores es relativamente baja, manteniéndose dentro de un margen más o menos estrecho. Sin embargo, la resistividad de los estratos superiores suele variar mucho en las distintas estaciones del año, dependiendo del tipo de mineral predominante. Esta variación estacional de los estratos superiores de los suelos tiene mayor importancia para puestas a tierra de pequeñas dimensiones, en las que la resistividad equivalente está determinada, en mayor medida, por estos estratos. Para puestas a tierra de grandes dimensiones, su influencia es menor. La humedad es un factor que afecta inversamente la resistividad del suelo, a una mayor humedad menor es la resistividad del suelo. En el siguiente grafico (figura 1.1) se puede observar la variación de la resistividad en función de la humedad, en una muestra de arcilla roja, con el porcentaje de humedad contenida.[3] [10]. Figura 1.1. Variación de la resistividad en función al porcentaje de humedad..

(27) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. 15. 1.7.4 Influencia de la temperatura de los suelos. Para valores superiores al punto de congelamiento del agua e inferiores a 100 0C, la resistividad de los suelos disminuye al aumentar la temperatura, por la mayor movilidad de los iones disueltos en el agua.[10] [11] Cuando la temperatura desciende por debajo de 0 0C, se produce un aumento rápido de la resistividad. Esto se debe a que el hielo es un aislante con resistividad del orden de 107 Ω-m. Sin embargo, no toda el agua contenida se congela, ya que el aumento de volumen del hielo produce un aumento de la presión en los poros del mineral y de la salinidad del agua no congelada, con lo cual el punto de congelación disminuye sucesivamente.[10] [11] La (figura 1.2) muestra, de manera sólo cualitativa, la forma en que varía la resistividad de un suelo para temperaturas inferiores 0 0C. La forma del gráfico por debajo de los 0 0C, puede variar notablemente cuando existe una proporción importante de conducción electrónica por la presencia de inclusiones metálicas o semiconductoras.[10] [11]. Figura 1.2. Variación relativa de la resistividad con la temperatura. 1.7.5 Influencia de la compactibilidad de los suelos. El grado de compactibilidad de un terreno no consolidado refleja la proximidad entre las diferentes partículas de los minerales que lo forman. Si el terreno es poco compacto, y no se encuentra saturado con agua, los poros intergranulares están en mayor medida llenos de aire y el terreno tiene una resistividad relativa mayor..

(28) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. 16. Si por el contrario, el mismo material es más compacto, la distancia entre las partículas se reduce; los espacios intergranulares son menores y eventualmente están llenos con agua, disminuyendo la resistividad.[10] 1.8 Medición de resistividad. Una vez que se construye un sistema de conexión a tierra debe medirse la resistencia del mismo con la finalidad de comprobar que cumple con los valores exigidos. Por otro lado al verificar la integridad de un sistema de conexión a tierra, la resistencia a tierra es un indicativo de cuan efectivo está el sistema para el retorno de las corrientes de fallas. El objetivo principal de las mediciones de resistividad de un terreno es determinar este parámetro único, para el caso de un terreno homogéneo, situación muy poco frecuente; o determinar las resistividades, ubicación y espesores de los diferentes estratos que forman el subsuelo, lo que es la situación normal. El método de medición de resistividad mediante cuatro electrodos, en alguna de sus variantes, es el habitualmente utilizado para este propósito.[10] 1.8.1 Configuración de Wenner. En esta configuración, los cuatro electrodos están ubicados en una línea recta y separada a igual distancia A entre ellos (figura 1.3).. Figura 1.3. Configuración de Wenner.. r1 = r4 = A r2 = r3 = 2A.

(29) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. 17. Existe una variante de la configuración de Wenner, que consiste en ubicar uno de los electrodos de corriente en un punto distante, teóricamente al infinito del resto. De este modo, r1 = A; r2→∞; r3 = 2A; r4→∞.. Para una misma configuración del terreno, los valores obtenidos al emplear esta variante son el doble de los correspondientes a la configuración en su forma normal. Es poco utilizada; sin embargo, puede tener alguna aplicación para medir capas superficiales de alta resistividad.[10] [3] 1.8.2 Configuración de Schlumberger. En esta configuración, los cuatro electrodos están ubicados en una línea recta. Los dos de potencial se disponen en forma simétrica con respecto al centro de medición elegido y a una distancia pequeña entre sí (1 a 3 m). Los de corriente se disponen también simétricamente con respecto al centro de medición. En la configuración de Schlumberger, los gráficos de resistividad aparente se hacen normalmente en función de la distancia L entre el centro de medición y los electrodos de corriente (figura 1.4).. Figura 1.4. Configuración de Schlumberger.. Para esta configuración existe también una variante en forma similar a la de Wenner, con uno de los electrodos de corriente ubicado a una distancia muy.

(30) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. 18. grande de los otros tres electrodos, los valores de resistividad son también el doble de los de la configuración normal.[10] [3] 1.8.3 Formas de los gráficos de resistividad aparente. A continuación se describe brevemente la forma y tendencia aproximada de los gráficos de resistividad aparente que debieran resultar al medir la resistividad de un suelo compuesto por estratos paralelos a la superficie del terreno. Es conveniente aclarar que casi ningún suelo es homogéneo ni está formado por un número pequeño de estratos de igual resistividad. Aun cuando existiese, hasta una cierta profundidad de interés, un número reducido (2 a 4) de estratos de un mismo mineral, la resistividad de cada uno de ellos puede no ser homogénea, dependiendo de la variación en profundidad de su humedad.[10] 1.8.3.1. Terreno formado por dos estratos.. En la (figura 1.5) se muestra el modelo de un terreno formado por dos estratos, el estrato superior del terreno posee una resistividad ρ1 y un espesor E1; el estrato inferior tiene una resistividad ρ2 y un espesor infinito.. Figura 1.5. Terreno de dos estratos.. En la (figura 1.6) se muestran las curvas típicas de resistividad aparente en un terreno formado por dos estratos paralelos a la superficie, para las configuraciones de Wenner y Schlumberger, cuyas características principales son:[10].

(31) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. 19.  Tendencia asintótica al comienzo y fin de la curva. Para valores pequeños de la relación A/E1 o L/E1 (comienzo de la curva), hay una tendencia a 1. Para valores grandes de esta relación, la curva tiende a 2.  La curva completa de un terreno de dos estratos presenta un solo punto de inflexión; P. I. en el gráfico.. Figura 1.6. Curvas típicas de resistividad aparente en un terreno de dos estratos. 1.8.4 Medición de la resistividad del suelo y resistencia eléctrica en líneas aéreas en construcción. Las mediciones de resistividad del suelo y de resistencia eléctrica de la red de tierra se deben realizar en época de sequía debido a que son las condiciones más críticas.[6] 1.8.4.1. Medición de la resistividad del suelo en líneas aéreas para el. diseño de la red de tierra. Una vez determinada la posición de las estructuras y por consecuencia lógica las cimentaciones de las mismas, se procede a ejecutar la medición de la resistividad del suelo, siguiendo el método de los cuatro electrodos o de Wenner.[6] Para estructuras autosoportadas se deben hacer a partir del centro de la base de la torre en diagonal respecto al sentido de la línea, de acuerdo al „Arreglo A”.

(32) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. 20. representado en la (figura 1.7), considerando la medición hacia fuera de las patas 1 y 3 o al „Arreglo B‟ de la misma figura, que involucra las patas 2 y 4. La selección del „Arreglo A” o “Arreglo B” para las mediciones debe ser en función de las mejores condiciones o facilidades que ofrezca el terreno para el indicado de los electrodos verticales. Para otro tipo de estructuras (poste Tipo H, poste de madera, poste troncocónico) el procedimiento debe será partir del centro de la base siguiendo la misma metodología (en diagonal.). En zonas urbanas las mediciones se harán a partir del centro de la base en el sentido de la instalación de la red de tierra. Las mediciones se deben realizar manteniendo el electrodo C1 instalado en el centro de la estructura, por lo cual sólo variarán de posición los electrodos P1, P2 y C2.. Figura 1.7. Arreglos para la medición de resistividad del suelo en líneas aéreas para el diseño de la red de tierra..

(33) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. 1.8.4.2. 21. Medición de la resistencia eléctrica de la red de tierras para líneas. de transmisión en construcción. Para la medición de la resistencia eléctrica de la red de tierra, se debe utilizar el método de caída de potencial y su valor máximo aceptable es de 10 Ω. Este método se basa en la inyección de una corriente de prueba en el electrodo bajo análisis (red de tierra). Se toman mediciones de la tensión a diferentes distancias entre el electrodo bajo análisis E y el electrodo auxiliar de potencial P, el valor representativo de la resistencia se tendrá cuando la diferencia entre dos o tres mediciones sea despreciable (figura 1.8).[6] El procedimiento para la realización de las mediciones con el método de caída de potencial se debe realizar con el hilo de guarda desconectado y con un medidor de resistencia de baja frecuencia (aproximadamente 120 a 150 Hz) y que la corriente de inyección sea mayor a 1 mA, de acuerdo a lo siguiente: a) Primero se selecciona la dirección en que se realizará la medición y ésta, de preferencia, que sea perpendicular a la línea aérea, como se ilustra en la (figura 1.9). b) Instalar el electrodo auxiliar de corriente C, y su cable asociado en la dirección seleccionada a una distancia de 75 m del electrodo E. c) Colocar el electrodo auxiliar de potencial P y su cable asociado en la dirección al electrodo de corriente, a una distancia de 39 m del electrodo E como lo muestra la (figura 1.8). d) Se realiza la primera medición de la resistencia del electrodo E, conectando el medidor de resistencia de acuerdo a la (figura 1.8) y a las instrucciones del equipo de medición empleado. e) La segunda medición se realiza instalando el electrodo P, a 46,5 m del electrodo E y finalmente la tercera medición se efectúa instalando el electrodo P, a 54 m del electrodo E..

(34) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. 22. f) Se debe verificar que las diferencias entre los valores medidos al 52 y 72 % no sean mayores al 5 % con respecto al valor medido a 62 %. g) Si alguna de las diferencias es mayor al 5 la distancia entre el electrodo E y el electrodo C, se debe duplicar, al Igual que las distancias del electrodo P. hasta que la variación de la resistencia sea menor al 3 %. h) El valor representativo de la resistencia eléctrica de la red de tierra se considerará el de la lectura realizada cuando el electrodo de potencial se encuentre a una distancia del 62 % de la distancia entre los electrodos E y C.. Figura 1.8. Método de medición de resistencia por caída de potencial..

(35) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. 23. 1.8.5 Medición de la resistividad del suelo y resistencia eléctrica en líneas de transmisión aéreas en operación. 1.8.5.1. Medición de la resistividad del suelo.. Para medir la resistividad del suelo, se debe utilizar el método de Wenner. Se debe medir la resistividad del suelo colocando el instrumento de medición en el centro de la estructura, y los electrodos verticales se deben colocar paralelos al sentido de la línea de transmisión aérea, con una separación de 1,6 m para la primera medición y 3,2 m para la segunda medición (figura 1.10) Cuando no sea práctico colocar los electrodos verticales paralelos al sentido de la línea de transmisión aérea, la medición se puede realizar en sentido perpendicular.[6]. Figura 1.10. Medición de la resistividad del suelo (vista de planta). 1.8.5.2. Medición de la resistencia eléctrica de la red de tierra.. Se debe realizar una sola medición de resistencia eléctrica por estructura. La distancia de instalación de los electrodos verticales de corriente C y de potencial P, deben ser de 75 m y 46,5 m respectivamente.[6] La dirección de la medición se debe realizar de preferencia perpendicular a la línea en cualquier sentido, de no poder realizarla en esa dirección, se puede realizar longitudinalmente a la línea y, en el último de los casos en forma diagonal,.

(36) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. 24. siempre y cuando no existan contra-antenas instaladas. En el caso de estructuras de deflexión, la medición se debe hacer en la dirección de la cruceta (figura 1.11).. Figura 1.11. Dirección de la medición para torres.. La red de tierra es adecuada si la resistencia eléctrica a tierra es menor o igual a 10 Ω. En caso contrario se debe verificar y/o mejorar. Para el caso de estructuras que estén ubicadas en zonas de alta incidencia de descargas atmosféricas o en suelos con resistividad mayor de (Medición de la resistencia eléctrica de la red de tierras para líneas de transmisión aéreas en construcción)..

(37) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. 1.8.5.3. 25. Medición de la resistencia con resistividad del suelo menor de 100. Ω-m. Por lo general cuando la resistividad del suelo es menor de 100 Ω-m, el valor de la resistencia eléctrica de la red de tierra es menor de 10 Ω, por esta razón se mide la resistencia con equipo de baja frecuencia e hilo de guarda conectado y si ésta es menor de 5 Ω, si la resistencia eléctrica es mayor a 5 Ω, se identifica el tipo de cimentación de la estructura y si ésta es de concreto, se verifica que las conexiones a tierra se encuentren instaladas, de lo contrario se corrigen y se vuelve a medir la resistencia, la cual seguramente dará un valor menor de 5 Ω, en caso contrario, lo más probable es que la medición se realizó en forma incorrecta y tendrá que repetirse.[6] Si la resistencia resulta mayor de 5 Ω, se desconecta el hilo de guarda y se vuelve a medir, si el valor es mayor de 10 Ω, se debe mejorar la red de tierra. En caso de utilizar equipo de alta frecuencia, la medición se realiza sin desconectar el hilo de guarda y si la resistencia es menor de 10 Ω, en caso de que el valor sea mayor a 10 Ω, se debe mejorar la red de tierra. 1.8.5.4. Medición de la resistencia con resistividad del suelo mayor a 100. Ω-m. La medición de resistencia con resistividad mayor a 100 Ω-m, se puede realizar utilizando equipo de alta frecuencia (25 kHz) o de baja frecuencia. La medición de la resistencia con equipo de baja frecuencia, se realiza con el hilo de guarda conectado a la estructura, y si el valor es menor de 3 Ω. Si la resistencia medida es mayor de 3 Ω, tendrá que desconectarse el hilo de guarda y realizar la medición nuevamente y en el caso de que se obtenga un valor mayor de 10 Ω, posteriormente se debe corregir la red de tierra.[6].

(38) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. 26. 1.9 Norma cubana. Líneas aéreas eléctricas. Líneas para tenciones mayores que 1 kV hasta 220 kV. 1.9.1 Especificaciones de la norma para los sistemas de puesta a tierra. 1.9.1.1. Se pondrán a tierra.. a) Las estructuras con cables protectores, para todas las tensiones. b) Las crucetas metálicas en todas las estructuras, de hormigón o madera, y para todas las tensiones donde exista conductor neutro corrido. c) Los transformadores de fuerza o de medición, desconectivos u otros equipos eléctricos, excepto desconectivos porta fusibles (DropOut ).[12] 1.9.1.2. Valores de resistencia admisibles.. Los valores de resistencia de los sistemas de puesta a tierra de las estructuras indicadas en el apartado inciso a) se fijan teniendo en cuenta lo siguiente:[12] En las líneas aéreas eléctricas que operan a tensiones de 34,5 kV. e inferiores, el valor máximo de la resistencia a tierra será 20 Ω. Los valores de resistencia a tierra de las líneas aéreas eléctricas que operan a tensiones de 110 y 220 kV. aparecen en la tabla 1.2.

(39) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. 27. Tabla 1.2. Valores máximos admisibles de las resistencias de los sistemas de puesta a tierra en las estructuras de líneas aéreas eléctricas de 110 y 220 kV. Valores de resistividad del. Máximo valor admisible de. suelo ( - m). resistencia a tierra . Hasta 100. 10. de 101 a 500. 15. de 501 a 1000. 20. de 1001 a 5000. 30. Mayor de 5000. 6 x 10-3. Los sistemas de puesta a tierra de las crucetas, según se indica en el epígrafe 1.9.1.1 inciso b) cumplirá los requerimientos dados en el epígrafe 1.9.1.2. Los sistemas de puesta a tierra de los equipos indicados en el epígrafe 1.9.1.1 inciso c) para líneas aéreas eléctricas de 34,5 kV. y menores tendrán valores máximos de 20 Ω excepto para las estructuras de desconectemos de operación manual, en las cuales este se realiza por el método de las tres varillas y cuyo valor no será superior en ningún caso a los 10 Ω..

(40) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. 28. Se conectarán a tierra todos los conductores neutros cada 500 m a partir de la subestación, y los valores de resistencia a tierra no serán superiores a 20 Ω. . La medición de la resistencia a tierra de las líneas aéreas eléctricas con cable protector se efectúa con éste desconectado o mediante cualquier método que excluya su efecto o influencia. La resistencia de los sistemas de puesta a tierra de las estructuras de las líneas aéreas eléctricas de 110 y 220 kV. se garantiza y se efectúa su medición para el valor máximo en la época de seca. La medición en otras épocas del año se realiza con la corrección de los resultados por el coeficiente estacional de 1,8. Los valores de la resistencia a tierra en la presente norma se comprobaran posteriormente a la instalación de las líneas aéreas eléctricas, según la norma de explotación correspondiente..  En las líneas aéreas eléctricas de 110 y 220 kV. se permite utilizar el refuerzo de acero o los elementos metálicos de los cimientos, así como otras partes soterradas de las propias estructuras como sistema de puesta a tierra natural sin otra instalación complementaria, siempre que los cimientos cumplan con los requerimientos indicados y los cálculos correspondientes así lo justifiquen. En los terrenos de alta resistividad hay que tener en cuenta que el valor requerido de la resistencia del sistema de puesta a tierra solo se garantiza mediante el uso combinado del sistema de puesta a tierra natural con aterramiento artificial. Los valores de resistencia de los sistemas de puesta a tierra de las líneas áreas eléctricas de 34,5 kV. y menores se garantizarán sin tomar en consideración durante el cálculo, la conductividad del material del cimiento o de los postes o elementos soterrados de la estructuras y de los zancos..

(41) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. . 29. Los cimientos de hormigón prefabricados de las estructuras de las líneas aéreas eléctricas son utilizadas como sistema de aterramiento natural siempre que reúnan las condiciones constructivas siguientes:  El recubrimiento del acero de refuerzo de los cimientos no puede superar 30 - 35 mm de espesor.  Se garantizará la continuidad eléctrica mediante soldadura desde los pernos de anclaje u otro elemento diseñado para hacer contacto con el bajante de tierra o estructura metálica, pasando por el acero del plato o parte inferior del cimiento.  La unión del fuste con el plato en los casos de elementos prefabricados. independientes. estarán. unidos. con. tornillos. o. soldaduras y estén soldados a los aceros que trasmiten la descarga eléctrica. La unión entre la estructura metálica o el bajante y el encabillado o elementos metálicos de los cimientos se hace sólida, por medio de soldaduras o atornilladas Pueden utilizarse en calidad de bajante todos los elementos del encabillado o alambres longitudinales no tensados de los postes de hormigón armado cuando estén unidos metálicamente por medio de soldadura o atornillados con el sistema de puesta a tierra o elementos metálicos de los cimientos si estos son usados como aterramiento natural. En este caso se comprueba la estabilidad térmica de dichos elementos a las corrientes de cortocircuitos teniendo como temperatura máxima admisible 333 0k (60 0C). En las líneas aéreas eléctricas con estructuras de madera se utiliza la unión atornillada del bajante a los distintos elementos metálicos de la estructura y se usarán alcayatas o tornillos para fijar el bajante al poste..

(42) CAPÍTULO 1. REVISIÓN Y ANÁLISIS DE LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.. En las estructuras de hormigón. 30. la unión del bajante a los distintos. elementos de la estructura será también atornillada, y para fijar el bajante al poste se pueden usar tornillos o amarras.  El conductor que se utilice como bajante a tierra en las estructuras de las líneas aéreas eléctricas será de materiales que no sufran una corrosión excesiva bajo. las condiciones ambientales existentes. Se usarán. conductores de cobre cuyo diámetro no sea inferior a 5.89 mm 2. La varilla de tierra no tendrá un diámetro menor de 16mm.  Los sistemas de puesta a tierra de las líneas aéreas eléctricas de 1 hasta 220 kV. se instalarán a una profundidad no menor de 0,3 m y en terreno labrado no menor de 1,0 m.  En el caso de terreno rocoso, las partes horizontales (rayos) de los sistemas de puesta a tierra se colocarán a una profundidad no menor de 0,1 m embebidos o cubiertos con hormigón. . Los electrodos verticales de los sistemas de puesta a tierra se instalarán a una distancia no menor de 0,5 m del cimiento de la estructura o del poste cuando este sea directamente enterrado. El elemento de unión del bajante con el electrodo vertical, así como el extremo superior de este último cumplirá lo indicado en el apartado anterior.. . Antes de poner en servicio la línea aérea eléctrica se efectuará la medición de los sistemas de puesta a tierra instalados. en las estructuras y se. comprobará que los valores de resistencia se corresponden con los indicados en esta norma. De no cumplirse estos, se procederá a reforzar el aterramiento. Estas mediciones se efectuarán en un plazo de tiempo no menor de dos meses después de instalado el sistema de puesta a tierra..

(43) CAPÍTULO 2. PROGRAMA PARA EL PROYECTO Y ANÁLISIS DE PUESTA A TIERRA, PAST 1.0.. 31. CAPÍTULO 2. PROGRAMA PARA EL PROYECTO Y ANÁLISIS DE PUESTA A TIERRA, PAST 1.0.. Los sistemas de puesta a tierra son de gran importancia, pero en ocasiones son tomados a la ligera y estandarizados lo cual trae consigo que los proyectos queden sobredimensionados o subdimensionados con gastos excesivos o potencial peligroso para la vida del hombre donde estos son realizados. Los avanzados métodos computacionales nos han permitido deshacer todos estos inconvenientes, desarrollando y simulando eficientes sistemas de puesta a tierra con resultados casi exactos. 2.1 Ventana principal. La (figura 2.1) muestra la ventana principal del programa PAST 1.0, en la que se puede apreciar sus cuatro opciones de menú, Ficheros, Datos, Cálculos y Resultados.. Figura 2.1. Ventana principal del PAST 1.0.

(44) CAPÍTULO 2. PROGRAMA PARA EL PROYECTO Y ANÁLISIS DE PUESTA A TIERRA, PAST 1.0.. 32. 2.1.1 Opciones de menú Ficheros. Esta opción del menú permite el trabajo normal con los ficheros de datos, Cargar, Salvar y Salvar como y Cargar ficheros de mediciones de resistividad, (figura 2.2).. Figura 2.2. Opción de menú Ficheros. 2.1.2 Opción de menú Datos. Esta opción del menú permite el trabajo con ficheros de datos para terrenos homogéneos y no homogéneos así como crear ficheros de datos de mediciones de resistividad y graficar la configuración de electrodos editada o calculada, (figura 2.3). Tanto para terrenos homogéneos como no homogéneos es posible crear el fichero de datos o editar uno ya creado y al que se le quiere hacer cambios, (figura 2.4).. Figura 2.3. Opción de menú Datos..

(45) CAPÍTULO 2. PROGRAMA PARA EL PROYECTO Y ANÁLISIS DE PUESTA A TIERRA, PAST 1.0.. 33. Figura 2.4. Crear o Editar Fichero de Datos. Los datos que se solicitan son los mostrados en la (figura 2.5) y de cada unos de los electrodos se requieren los datos mostrados en la (figura 2.6)..

(46) CAPÍTULO 2. PROGRAMA PARA EL PROYECTO Y ANÁLISIS DE PUESTA A TIERRA, PAST 1.0.. 34. Una opción importante es la de graficar el sistema de electrodos editado o calculado (figura 2.7), lo cual permite observar sus características y comprobar si lo editado está correcto, (figura 2.8 y 2.9).. Figura 2.7. Graficar Configuración de Electrodos.. Figura 2.8. Configuración de los Electrodos..

(47) CAPÍTULO 2. PROGRAMA PARA EL PROYECTO Y ANÁLISIS DE PUESTA A TIERRA, PAST 1.0.. 35. Figura 2.9. Configuración de los Electrodos.. 2.1.3 Opción de menú Cálculos. La opción Cálculos realiza diferentes cálculos para terrenos considerados homogéneos y no homogéneos, así como realizar un balance económico, optimizar el diseño de mallas de reticulado uniforme y determinar las resistividades y el espesor de los estratos de un terreno multiestratificado a partir de mediciones de resistividad, (figura 2.10).. Figura 2.10. Opciones de Cálculo..

(48) CAPÍTULO 2. PROGRAMA PARA EL PROYECTO Y ANÁLISIS DE PUESTA A TIERRA, PAST 1.0.. 36. Tanto para terrenos considerados homogéneos como no homogéneos, se puede determinar la resistencia de un sistema editado previamente, determinar un sistema dadas las dimensiones de terreno disponible y la resistencia deseada, determinar una malla de tierra con reticulado uniforme de una subestación eléctrica de potencia y analizar la posible interacción entre varias mallas próximas entre sí, (figura 2.11).. Figura 2.11. Cálculos para un terreno homogéneo o no homogéneo.. Para la determinación de un sistema para una resistencia deseada (figura 2.12), se piden los datos mostrados en la (figuras 2.13 y 2.14).. Figura 2.12. Ventana Principal del PAST 1.0.

(49) CAPÍTULO 2. PROGRAMA PARA EL PROYECTO Y ANÁLISIS DE PUESTA A TIERRA, PAST 1.0.. 37. Figura 2.13. Datos para el cálculo de un sistema de tierra partiendo de las dimensiones del terreno disponible y la resistencia deseada..

(50) CAPÍTULO 2. PROGRAMA PARA EL PROYECTO Y ANÁLISIS DE PUESTA A TIERRA, PAST 1.0.. 38. 2.1.4 Opción de menú Resultados. Esta opción del menú (figura 2.15) brinda la posibilidad de editar los resultados generales del proyecto (figura 2.16), graficar los potenciales superficiales y de contacto (figuras 2.17, 2.18 y 2.19) e imprimir estos resultados, (figura 2.20).. Figura 2.15. Opción de menú Resultados.. 3. 4 5 Figura 2.16. Resultados generales del proyecto..

(51) CAPÍTULO 2. PROGRAMA PARA EL PROYECTO Y ANÁLISIS DE PUESTA A TIERRA, PAST 1.0.. 39. Figura 2.17. Graficar potenciales superficiales.. Figura 2.18. Potenciales de contacto..

(52) CAPÍTULO 2. PROGRAMA PARA EL PROYECTO Y ANÁLISIS DE PUESTA A TIERRA, PAST 1.0.. 40. Figura 2.19. Potenciales superficiales.. Figura 2.20. Imprimir resultados..

(53) CAPÍTULO 3. ANÁLISIS DE DIFERENTES PARÁMETROS EN LA RESISTENCIA DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN.. 41. CAPÍTULO 3. ANÁLISIS DE DIFERENTES PARÁMETROS EN LA RESISTENCIA DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN.. Los sistemas de puesta a tierra se diseñan con el objetivo de contribuir a reducir los valores de sobre voltaje que pueden aparecer en condiciones anormales de operación en los sistemas eléctricos, proporcionar una vía de baja impedancia para lograr la operación correcta de los elementos de protección del sistema, conducir en forma eficiente hacia tierra las descargas atmosféricas, limitando las diferencias de potencial que pudieran presentarse en la instalación. La resistencia de puesta a tierra que es la oposición al paso de la corriente eléctrica entre la estructura y un electrodo remoto medida en Ω, depende de diferentes parámetros en especial de la resistividad que varía según la composición del terreno y las influencias climatológicas. Como resultado del análisis y estudio de diferentes parámetros en varias configuraciones se arriba que la resistencia varía según la resistividad del terreno para diferentes parámetros, así como la posibilidad real de disminuir los valores de resistencia normados en algunas normas incluyendo la norma cubana para los sistemas de puesta a tierra. 3.1 La estratificación del terreno. La variación de la resistividad según la composición del terreno es muy amplia, tropezándose con la dificultad de que los diferentes tipos de terreno no están delimitados como para saber, de antemano, el valor de la resistividad en el punto elegido para efectuar la puesta a tierra. Sucede, incluso, que para una misma.

(54) CAPÍTULO 3. ANÁLISIS DE DIFERENTES PARÁMETROS EN LA RESISTENCIA DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN.. 42. clase de terreno, situado en distintos lugares, la resistividad puede ser sensiblemente diferente. La resistividad de un terreno es la correspondiente a la resultante de los diversos estratos que está constituido. Puede suceder que un solo estrato presente una resistividad tan baja que la influencia de las demás sea imperceptible, tal como ocurre cuando se alcanza las zonas de humedad permanente o el manto freático. 3.2 La resistividad del terreno. La resistividad del terreno es el. factor. determinante. en. la magnitud de la. resistencia de una puesta a tierra y la misma depende de: Tipo de terreno, humedad del terreno, salinidad del terreno, temperatura del terreno, granulometría del terreno, compacticidad del terreno, estratigrafía y otros factores. En un medio conductor homogéneo, isotrópico, el valor de la resistividad es igual en cualquier punto y dirección del medio. En el caso real de un terreno en cualquier parte del mundo es muy difícil, si no imposible, considerar éste homogéneo. La naturaleza propia de su constitución y por estar sometido a los efectos climáticos hacen, que aun en el caso de tener un terreno constituido por un solo material existan variaciones de su resistividad respecto a la profundidad, principalmente por la variación del nivel freático y del grado de compactación del material. 3.2.1 Terrenos homogéneos. Los terrenos considerados homogéneos son compactos y compuestos por una sola capa o estrato. El aumento de la resistividad del terreno trae consigo un aumenta. lineal. de. la. resistencia. de. la. puesta. a. tierra,. esto. ocurre. independientemente del tipo de electrodo usado y para cualquier configuración (ver anexo 1) de estos, por lo cual al emplear electrodos horizontales solamente, la resistencia crece linealmente como se muestra en figura 3.1, si el sistema de electrodos horizontales anterior se combinan con electrodos verticales se consigue disminuir. de los valores de resistencia con el aumento de la cantidad de.

(55) CAPÍTULO 3. ANÁLISIS DE DIFERENTES PARÁMETROS EN LA RESISTENCIA DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN.. 43. electrodos verticales pero se mantiene el aumento de esta con la resistividad del terreno, ver figura 3.2.. Figura 3.1. Variación de resistividad para electrodo horizontal con una longitud total de cables de 130 m y diámetro 0.013 m.. Figura 3.2. Variación de resistividad para la combinación de. electrodo. horizontal y vertical de longitud 3 m y diámetro 0.02 m, usando una longitud total de cables de 130 m y diámetro 0.013 m para conectarlos..