Sistemas de puesta a tierra para instalaciones de baja tensión.

Sistemas de puesta a tierra
para instalaciones de baja
tensión.
Ing. Eduardo Mariani
1

⎡
⎢Ω
⎣
Resistividad – Definición y unidades
m
m
2
⎤
⎥
⎦
=
[ Ωm]
1
Ing. Eduardo Mariani
R = ρ ×
l
s
2

Medición de la resistencia de
V
puesta a tierra
G
Ing. Eduardo Mariani
3

La tierra como conductor
Resistividad del terreno
ITEM TIPO DE TERRENO
Ing. Eduardo Mariani
RESISTIVIDAD
[Ohm x metro]
1 Terreno de humus húmedo 30
2 Terreno de cultivo 100
3 Terreno arcilloso y arenoso 150
4 Terreno arenoso y húmedo 300
5 Terreno arenoso y seco 1000
6 Argamasa 1:5 400
7 Grava húmeda 500
8 Grava seca 1000
9 Terreno pedregoso 30000
10 Roca 10 7
4

La tierra como conductor
Resistividad del terreno
Variación Variaci n con la temperatura para un suelo
arenoso con una humedad del 15,2%
Temperatura
(ºC)
20
10
0 (agua)
0 (hielo)
-5
-15
Ing. Eduardo Mariani
Resistividad
(Ωm)
72
99
138
300
790
3300
5

Conclusiones sobre la tierra
• No posee potencial 0
• Posee resistividad elevada y
no es lineal
• Por lo tanto la tierra es un mal
conductor y no debe ser
utilizado como tal
Ing. Eduardo Mariani
6

ANSI /
IEEE 80
NFPA
NFPA
IEC
NFC
VDE
OSHA
Ing. Eduardo Mariani
ANSI/IEEE C62
IEC99.1
NACE
F(s)
H(s)
7

Los tres sistemas de conexión a
tierra normalizados.
Breve descripción.
Ing. Eduardo Mariani
8

Tierra para seguridad electrica
• Tres grupos; TN(TN-S, TN-C, TN-CS) TT e IT.
• 1ª letra. Situacion de la conexión a tierra
• T- Conexión directa a tierra
• I- Aislado de tierra
• 2ª letra. Conexión de las masas (a N o a T)
• 3ª Letra. Unión entre neutro y protección.
• S- Conductores separados
• C- Conductor común
Ing. Eduardo Mariani
9

TN-C
L
N
E
Generación Acometida Punto de uso
Ing. Eduardo Mariani
10

TN-S
L
N
E
Generación Acometida Punto de uso
Ing. Eduardo Mariani
11

TN-C-S
L
N
E
Generación Acometida Punto de uso
Ing. Eduardo Mariani
12

TN-C-S (EE.UU)
L
N
E
Generación Acometida Punto de uso
Ing. Eduardo Mariani
13

TT
L
N
E
Generación Acometida Punto de uso
Ing. Eduardo Mariani
14

IT
L
N
E
Generación Acometida Punto de uso
Ing. Eduardo Mariani
15

PAT
Tierra y masas
Ing. Eduardo Mariani
Masa
16

Tolerancia a corriente.
Ing. Eduardo Mariani
17

Disyuntor diferencial
PAT
Ing. Eduardo Mariani
Masa
18

Norma ANSI / IEEE 142.
Ing. Eduardo Mariani
19

Ing. Eduardo Mariani
20

Abstract: The problems of system grounding, that is, connection to ground of
neutral, of the corner of the delta, or of the midtap of one phase, are covered.
The advantages and disadvantages of grounded versus ungrounded systems
are discussed. Information is given on how to ground the system, where the
system should be grounded, and how to select equipment for the grounding of
the neutral circuits.
Connecting the frames and enclosures of electric
apparatus, such as motors, switchgear, transformers, buses, cables conduits,
building frames, and portable equipment, to a ground system is addressed.
The fundamentals of making the interconnection or ground-conductor
system between electric equipment and the ground rods, water pipes, etc. are
outlined.
The problems of static electricity-how it is generated, what
processes may produce it, how it is measured, and what should be done to
prevent its generation or t o drain the static charges to earth t o prevent
sparking-are treated.
Methods of protecting structures against the effects of
lightning are also covered.
Obtaining a low-resistance connection to the
earth, use of ground rods, connections to water pipes, etc. is discussed. A
separate chapter on sensitive electronic equipment is included.
Ing. Eduardo Mariani
21

Abstract: The problems of system grounding,
that is, connection to ground of neutral, of the
corner of the delta, or of the mid tap of one
phase, are covered.
Ing. Eduardo Mariani
22

The advantages and disadvantages of grounded
versus ungrounded systems are discussed.
Ing. Eduardo Mariani
23

Information is given on how to ground the system,
where the system should be grounded, and how
to select equipment for the grounding of
the neutral circuits.
Ing. Eduardo Mariani
24

Connecting the frames and enclosures of electric
apparatus, such as motors, switchgear,
transformers, buses, cables conduits, building
frames, and portable equipment, to a ground
system is addressed.
Ing. Eduardo Mariani
25

The fundamentals of making the interconnection or
ground-conductor system between electric equipment
and the ground rods, water pipes, etc. are outlined.
Ing. Eduardo Mariani
26

.
The problems of static electricity-how it is
generated, what processes may produce it, how it
is measured, and what should be done to
prevent its generation or to drain the static
charges to earth to prevent sparking-are treated.
Ing. Eduardo Mariani
27

Methods of protecting structures against the
effects of lightning are also covered.
Ing. Eduardo Mariani
28

Obtaining a low-resistance connection to the
earth, use of ground rods, connections to water
pipes, etc. is discussed.
Ing. Eduardo Mariani
29

A separate chapter on sensitive electronic
equipment is included.
Ing. Eduardo Mariani
30

Fig. 9
Configuración 1
Ing. Eduardo Mariani
31

Fig. 10
Configuración 2
Ing. Eduardo Mariani
32

Ing. Eduardo Mariani
33

Conexión a tierra de instalaciones
de baja tensión.
El verdadero concepto de puestas a
tierra separadas, de acuerdo con
las normas
Ing. Eduardo Mariani
34

Ing. Eduardo Mariani
35

L
N
E
Generación Acometida Punto de uso
Ing. Eduardo Mariani
36

El neutro y la puesta a tierra de
seguridad.
Ing. Eduardo Mariani
37

Ing. Eduardo Mariani
38

Ing. Eduardo Mariani
39

Componentes armónicas debido a
cargas no lineales.
Ing. Eduardo Mariani
40

0 volts
L
N
V1 V1 + V2
Generación Acometida 1 Ing. Acometida Eduardo Mariani 2 Punto de uso 2
E
41

Ejemplo con 3ra armónica en fase
Vr = Vpr × sen(
ωt
+ 0)
+ Vpr3
× sen3(
ωt
+
Ing. Eduardo Mariani
0)
Vs = Vps × sen(
ωt
+ 120)
+ Vps3
× sen3(
ωt
+ 120)
Vs Vps sen(
ωt 120)
Vps3
sen3ωt
× + + × =
Vt = Vpt × sen(
ωt
+ 240)
+ Vpt3
× sen3(
ωt
+
Vt =
Vpt × sen(
ωt + 240)
+ Vpt3
× sen3ωt
240)
42

Fin del primer modulo.
Ing. Eduardo Mariani
43

Segundo módulo
Ing. Eduardo Mariani
44

El “comportamiento” de un
sistema de puesta a tierra en
altas corrientes.
• Para estudiar el comportamiento de
sistemas eléctricos, se los somete a
distintos tipos de análisis
• Existe un “analizador” natural, el rayo
Ing. Eduardo Mariani
45

Sistemas de puesta a tierra para
descargas atmosféricas, media y
alta tensión.
Ing. Eduardo Mariani
46

• Parámetros de la corriente de un rayo.
• Normas IEC y NFPA.
• Geometría de la puesta a tierra.
• Cobertura de un pararrayos.
Ing. Eduardo Mariani
47

La “caida” de un rayo
Ing. Eduardo Mariani
48

La “caida” de un rayo
Ing. Eduardo Mariani
49

La “caida” de un rayo
Ing. Eduardo Mariani
50

La “caida” de un rayo
Ing. Eduardo Mariani
51

La “caida” de un rayo
Ing. Eduardo Mariani
52

La “caida” de un rayo
Ing. Eduardo Mariani
53

La “caida” de un rayo
Ing. Eduardo Mariani
54

La “caida” de un rayo
Ing. Eduardo Mariani
55

La “caída” de un rayo
Ing. Eduardo Mariani
56

Métodos de Protección
(Teoría electrogeométrica)
Sistemas Franklin y Faraday
Normas más m s divulgadas
•IEC IEC 61024
•IRAM IRAM 2184
•NFPA NFPA 780
•NFC NFC 17100
Ing. Eduardo Mariani
57

Métodos de Protección
(Teoría electrogeométrica)
R
Ing. Eduardo Mariani
58

Métodos de Protección
(Teoría electrogeométrica)
Ing. Eduardo Mariani
59

Métodos de Protección
(Teoría electrogeométrica)
Ing. Eduardo Mariani
60

Métodos de Protección
(Teoría electrogeométrica)
Ing. Eduardo Mariani
61

Métodos de Protección
(Teoría electrogeométrica)
Ing. Eduardo Mariani
62

Métodos de Protección
(Teoría electrogeométrica)
Ing. Eduardo Mariani
63

Métodos de Protección
(Teoría electrogeométrica)
Ing. Eduardo Mariani
64

Métodos de Protección
(Teoría electrogeométrica)
Ing. Eduardo Mariani
65

Métodos de Protección
(Teoría electrogeométrica)
Ing. Eduardo Mariani
66

Métodos de Protección
(Teoría electrogeométrica)
Ing. Eduardo Mariani
67

Métodos de Protección
(Teoría electrogeométrica)
Ing. Eduardo Mariani
68

Métodos de Protección
(Teoría electrogeométrica)
Ing. Eduardo Mariani
69

Métodos de Protección
(Teoría electrogeométrica)
Ing. Eduardo Mariani
70

Métodos de Protección
(Teoría electrogeométrica)
Ing. Eduardo Mariani
71

Métodos de Protección
(Teoría electrogeométrica)
Ing. Eduardo Mariani
72

Métodos de Protección
(Teoría electrogeométrica)
Ing. Eduardo Mariani
73

Métodos de Protección
(Teoría electrogeométrica)
Ing. Eduardo Mariani
74

Métodos de Protección
(Teoría electrogeométrica)
Ing. Eduardo Mariani
75

Métodos de Protección
(Teoría electrogeométrica)
Ing. Eduardo Mariani
76

Métodos de Protección
(Teoría electrogeométrica)
Ing. Eduardo Mariani
77

Métodos de Protección
(Teoría electrogeométrica)
Ing. Eduardo Mariani
Verificacion
mediante
Autocad ®
78

Punta Franklin
convencional
Métodos de Protección
(Teoría electrogeométrica)
Punta Propuesta por el Prof.
Charlie Moore al Comité Comit NFPA
780. Mencionada en la edición edici n
2000 de NFPA 780
Ing. Eduardo Mariani
79

Ing. Eduardo Mariani
80

Verificación de la cobertura
Ing. Eduardo Mariani
81

Ing. Eduardo Mariani
82

Ing. Eduardo Mariani
83

Cono de protección
Ing. Eduardo Mariani
84

Cono de protección
Ing. Eduardo Mariani
85

Ing. Eduardo Mariani
86

Ing. Eduardo Mariani
87

Esfera rodante (teoría
electrogeométrica)
Ing. Eduardo Mariani
88

Ing. Eduardo Mariani
89

Ing. Eduardo Mariani
90

Franklin Normal
Ing. Eduardo Mariani
91

Jaula de Faraday
Ing. Eduardo Mariani
92

Norma NFC - 17 102
Ing. Eduardo Mariani
93

Cebado (E.S.E.)
Ing. Eduardo Mariani
+
_
94

h
h/2
Ing. Eduardo Mariani
Radio = r
+ vi . Gt
Volumen
de
colección
95

Teoría electrogemétrica
modificada
Volumen de colección
Ing. Eduardo Mariani
96

h
Ing. Eduardo Mariani
97

Ing. Eduardo Mariani
98

Sin normas
Ing. Eduardo Mariani
99

D.A.S
Ing. Eduardo Mariani
100

Tendencias y resultados de la
investigación.
Ing. Eduardo Mariani
101

Congresos internacionales.
• ICLP (Europa y Asia) Años pares
• SIPDA (Brasil) Años impares
Ing. Eduardo Mariani
102

Posición oficial de ambos
grupos
• El sistema convencional sigue siendo
el mas aceptable y requiere
investigación mas profunda.
• Los pararrayos con sistema de cebado
y los sistemas de transferencia de
cargas no tiene fundamento científico
Ing. Eduardo Mariani
103

En la última década del siglo XX se
realizaron grandes esfuerzo.
• Se trató de demostrar el funcionamiento
de los pararrayos de gran radio.
• Se trató de demostrar el sistema de
eliminación de rayos o de trasnferencia
de cargas.
Ing. Eduardo Mariani
104

En ambos casos los experiencias
de laboratorio y ensayos en
campo fueron desalentadores.
Ing. Eduardo Mariani
105

Reseña del trabajo de dos
centros de investigación que
fueron los responsables la
tarea experimental.
Ing. Eduardo Mariani
106

Langmuir Laboratory
Bald Peak
El Socorro. Nueva Mexico
Ing. Eduardo Mariani
107

Ing. Eduardo Mariani
108

Ing. Eduardo Mariani
109

Ing. Eduardo Mariani
110

Ing. Eduardo Mariani
111

Punta experimental de aluminio
impactada por un rayo. Foto enviada por el Prof.
Charlie Moore
Ing. Eduardo Mariani
112

Punta Propuesta por el
Prof. Charlie Moore al
Comité NFPA 780
Ing. Eduardo Mariani
113

Charge Transfer System is Wishful
Thinking, Not Science
Charles B. Moore
Professor Emeritus
Atmospheric Physics
New Mexico Institute of Mining and Technology, Socorro,
NM 87801
Langmuir Laboratory for Atmospheric Research
Ing. Eduardo Mariani
114

•Universidad Estatal de Mississippi.
Laboratorio de Alta Tensión
Ing. Eduardo Mariani
115

Stanislaw Grzybowski, Dr. Hab.,
Ph.D., FIEEE
Ing. Eduardo Mariani
116

Ing. Eduardo Mariani
117

Métodos de Protección
(Teoría electrogeométrica)
Jaula de Faraday
Ing. Eduardo Mariani
118

Métodos de Protección
(Teoría electrogeométrica)
Jaula de Faraday
Ing. Eduardo Mariani
119

Puesta a Tierra de un pararrayos
Como interconectar jabalinas
• Requiere una geometría tal que asegure baja
impedancia (no sólo resistencia)
• Se construye con dispersores radiales y
caminos de bajada lo más cortos y rectos
posibles
Ing. Eduardo Mariani
120

Puesta a Tierra de un pararrayos
Como interconectar jabalinas
Ing. Eduardo Mariani
121

Puesta a Tierra de un pararrayos
Como interconectar jabalinas
Ing. Eduardo Mariani
122

Puesta a Tierra de un pararrayos
Como interconectar jabalinas
Ing. Eduardo Mariani
123

Puesta a Tierra de un pararrayos
Como interconectar jabalinas
Ing. Eduardo Mariani
124

Puesta a Tierra de un pararrayos
Bentonita o carbón
Terreno rocoso
Ing. Eduardo Mariani
A mayor profundidad no
posee menor resistividad
que en la superficie
125

Puesta a Tierra de un pararrayos
Sin jabalinas
Ing. Eduardo Mariani
126

• La norma ANSI / IEEE 80
• La malla de subestación.
• Tensiones de paso y contacto.
• Criterios de dimensionamiento.
Ing. Eduardo Mariani
127

Ing. Eduardo Mariani
128

• Abstract:
• Outdoor ac substations, either conventional or gasinsulated,
are covered in this guide.
• Distribution, transmission, and generating plant
substations are also included.
• With proper caution, the methods described herein are
also applicable to indoor portions of such substations,
or to substations that are wholly indoors.
• No attempt is made to cover the grounding problems
peculiar to dc substations.
• A quantitative analysis of the effects of lightning
surges is also beyond the scope of this guide.
Ing. Eduardo Mariani
129

Tensión de paso y de contacto
Ing. Eduardo Mariani
130

Falla a tierra.
Ing. Eduardo Mariani
131

Potencial del terreno y malla
Ing. Eduardo Mariani
132

Tolerancia a corriente.
Ing. Eduardo Mariani
133

Ing. Eduardo Mariani
134

La tierra en altas corrientes
Ing. Eduardo Mariani
135

Densidad de corriente
• 12.3 Effect of current magnitude
• Soil resistivity in the vicinity of ground electrodes
may be affected by current flowing from the
electrodes into the surrounding soil. The thermal
characteristics and the moisture content of the
soil will determine if a current of a given
magnitude and duration will cause significant
drying and thus increase the effective soil
resistivity. A conservative value of current
density, as given by Armstrong [B4], is not to
exceed 200 A/m2 for 1 s.
Ing. Eduardo Mariani
136

Fin de la presentación
Ing. Eduardo Mariani
137