Que funcin cumple la red de tierra Drenar

Que función cumple la red de tierra? -Drenar las corrientes en régimen normal o perturbado. -Garantizar condiciones de seguridad para las personas. -Vincular el potencial de sistemas existentes. -Cuando corresponde drenar descargas atmosféricas. tierra 1

Primer enfoque: estaciones eléctricas, IEEE 80, norma de AYEE (TRANSENER) Las estaciones transformadores, involucran superficies grandes y presentan corrientes a drenar de valores importantes, el problema se resuelve materializando una red de puesta a tierra formada por mallas, como se observa en la figura. Cálculo, verificar: la tensión de paso (Up) particularmente en la periferia, y donde la red es poco densa, la tensión de contacto (Uc) en los puntos elementos conectados a la red de tierra la tensión en la diagonal la tensión de paso perimetral tierra 2

En un pasado remoto estos cálculos se hacían en cuba electrolítica, hoy con programas de calculo numérico, generalmente usamos el programa ERDE (origen Orlando Hevia GISEP - UTN SFe) Este programa (o cualquiera equivalente) requiere gran cantidad de datos, la descripción de todas las barras dispersoras que conforman la red, la corriente a drenar, y las características de resistividad del terreno. Los resultados permiten construir gráficos que muestran las tensiones en la superficie del terreno, planta, detalles, puntos mas peligrosos. . . tierra 3

Perfiles de potencial (tensiones de contacto y de paso) sobre un camino determinado. Los resultados que se obtienen son de elevada calidad. El terreno es generalmente la mayor incógnita, sus características son variables de punto a punto. Es muy importante lograr obtener datos (valores) de resistividad del terreno representativos tierra 4

La medición de resistividad frecuentemente es hecha con el método de 4 jabalinas, con distintas distancias entre jabalinas, lo que da idea de la variación en profundidad de la resistividad. Si se dispone de un buen lote de datos e programa RHO 32 (del mismo origen) permite evaluar dos capas de distinta resistividad y el espesor de la capa superficial. Es buena norma tratar de obtener mediciones de resistividad, acompañadas por un buen informe de características del suelo que permitan su correcta interpretación. Finalmente el cálculo se hace con un valor medio, o con dos capas. En el predimensionamiento se puede usar el programa IEEE 80 (basado en la norma, y que sigue rigurosamente la metodología que propuesta y usa las formulas de la misma) tierra 5

Pasos a dar para el cálculo según IEEE 80 paso 1 - datos del campo, área de estudio, y características físicas del terreno. paso 2 - tamaño del conductor que será utilizado para la red de tierra, definido a partir de la corriente de falla, y duración de la falla paso 3 - criterios de límites de tensiones de paso y de contacto paso 4 - diseño inicial, cantidad de material de la red superficial y piquetes (jabalinas) paso 5 - resistencia de la malla de tierra, basada en su geometría. paso 6 - corriente drenada por la malla de tierra, influencia de otros dispersores. paso 7 - control de la tensión total, si esta resulta limitada respecto de los valores definidos en punto 3 la seguridad esta verificada. paso 8 - tensiones de paso y de contacto, determinación de los valores que corresponden al proyecto. paso 9 y paso 10 - control de la tensión de contacto y de la tensión de paso, los resultados del paso 8 se comparan con los valores definidos en paso 3, la seguridad esta verificada, en caso contrario se debe modificar el diseño (paso 11) retornando al paso 5, actuando eventualmente también sobre la corriente drenada por la red. paso 12 - diseño de detalle, que se desarrolla despues de superadas las etapas de cálculo y verificación. tierra 6

El cálculo requiere conocer la corriente que drena la red, se presenta una falla monofásica a tierra, y se determina el valor. En el valor de la corriente influyen los aportes de las líneas que llegan a la estación, los aportes depende de la puesta a tierra del sistema. Los cálculos de cortocircuito para estos estudios deben ser desarrollados especialmente, en general hay que estudiar muy bien los valores que se presentan. Es necesario buscar las condiciones de máxima corriente drenada por la red. A veces también es necesario tener en cuenta el crecimiento del sistema que rodea la red en estudio. En cambio no tiene justificación dimensionar para valores limites de corrientes de cortocircuito, por ejemplo las corrientes de interrupción. tierra 7

La figura muestra la corriente que afecta las dos redes de tierra, la falla ocurre en una estación alejada. Si la falla ocurre muy proxima a la fuente, puede presentarse en la misma red de tierra, en este caso no se drena corriente al suelo (no se presentan tensiones de paso ni de contacto). Nótese que cuando la corriente es mayor (en el segundo caso) no se drena corriente. tierra 8

Veamos la figura: una línea aporta corriente de falla. En la estación se tiene un generador que tambien aporta corriente. La corriente (total) de falla es suma de los aportes de la linea y del generador. Parte de la corriente retorna al neutro del generador. Queda solo la corriente aportada por la linea. Los cables de guarda tambien transportan parte de corriente. Observese que hay corriente en el cable de guarda de la linea que no aporta corriente de falla. La corriente dernada por la red (que circula por RT) produce la tension UT, que es la que interesa determinar para conocer el peligro. tierra Y hay corriente en el cable de guarda de la linea que aporta corriente 9

Véase como el cable de guarda drena corriente en paralelo con la red de tierra. La corriente ingresa al cable de guarda, y en cada torre se divide entre el cable de guarda del vano siguiente, y la puesta a tierra de la torre. La corriente se reduce hasta cero, practicamente en 5 a 10 torres la corriente en el cable de guarda alcanza un valor despreciable. tierra 10

Véase el cable de guarda de una linea que aporta corriente de falla a la red de tierra. La corriente ingresa al cable de guarda, y en cada torre se divide entre el cable de guarda del vano siguiente, y la puesta a tierra de la torre. La corriente en cada vano varía, practicamente en 5 a 10 torres la corriente en el cable de guarda alcanza un valor estable. tierra 11

Varias lineas aportan corriente de falla La corriente ingresa a los cables de guarda de las lineas que aportan y de la lineas que no aportan (pasivas). El calculo se considera complicado, pero el programa GUARDIA resuelve el problema. Obsérvese que es necesario conocer la resistencia de la red de tierra, y las características de líneas activas y pasivas tierra 12

Las normas muestran el esquema de distribución de las corrientes para el ejemplo mostrado, Cada red que se debe verificar exige realizar distintos esquemas, y encontrar los distintos valores de corriente que se presentan. tierra 13

Las pantallas y armaduras de los cables aislados pueden tener un comportamiento similar a los cables de guarda. Se deben encontrar los parámetros que caracterizan su comportamiento. En la actualidad frecuentemente las armaduras de los cables tienen admas recubrimientos aislantes, la armadura esta aislada de tierra, y no drena corriente al suelo, pero conduce parte de la corriente de falla que no es entonces drenada por la red de tierra 14

Dos redes de tierra pueden estar unidas por un conductor. En este caso las corrientes drenadas a la tierra se reducen notablemante. Se reducen en la misma forma las tensiones de paso y de contacto. La distribucion de corrientes entre el cable de union de las redes y la tierra depende de la impedancia del cable, y de la resistencia de las redes de tierra (y de la impedancia de la tierra si la distancia entre las redes es importante) tierra 15

El programa WPROCALC incluye dos rutinas (B-ptindu, B-ptedif) que resuelven las tensiones que se presentan en dos redes de tierra alejadas, unidas por un conductor, y permiten analizar distintas condiciones de peligro. tierra 16

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En una planilla excel (Tie-met. xls) se ha preparado el cálculo de la distribución de corrientes y determinación de las tensiones que se presentan sobre las distintas impedancias del circuito. tierra 18

La red de tierra de una planta industrial es en gran parte conductiva, las condiciones de drenaje a tierra se presentan en condiciones muy particulares. tierra 19

Las condiciones de puesta a tierra del sistema eléctrico afectan las condiciones que plantea la red de tierra. Sistema TN-S, el cable Neutro y el PE proteccion estan separados, la red de tierra es única y no drena a tierra corrientes de fallas de baja tensión tierra 20

Sistema TN-C, el cable PENeutro y protección son únicos, la red de tierra es única y no drena a tierra corriente de fallas de baja tensión. tierra 21

Sistema TT, el cable Neutro está puesto a tierra en el centro de distribución. El usuario tiene su red de tierra. Las redes de tierra están separadas. La corriente de falla monofásica drenada por la resistenca de tierra, es causa de la tensión de la red de tierra, y debe tenerse bajo control. tierra 22

Sistema TN, el cable Neutro está puesto a tierra lejos del centro de distribución. El usuario tiene su red de tierra, donde está la puesta a tierra del sistema de baja tensión. Las redes de tierra están separadas. La corriente de falla monofásica es conducida por el PEN y no hay tensión de la red de tierra 23

Sistema TN, el cable Neutro está puesto a tierra lejos del centro de distribucion. El usuario tiene su red de tierra, separada de la puesta a tierra del sistema de baja tensión. Las redes de tierra están separadas. La corriente de falla monofásica es conducida a través de la tierra por la que se presenta tensión de la red de tierra 24

La red de tierra se extiende, y a ella se conectan las tierras de los sistemas de corrientes debiles, las tierras de instrumentacion. El sitema de tierra se hace con estructura arborescente, evitando mallas. Las mallas permiten circulación de corriente, y generación de campos magnéticos, que inducen tensiones. tierra 25

Las tierras de la instrumentación se desarrollan para evitar inducción de señales indebidas. Si las pantallas se ponen a tierra en un punto, en el otro extremo se presentan tensiones inducidas por los campos eléctricos (capacitivamente). Si las pantallas se ponen a tierra en ambos extemos, los efectos de inducción que se presentan son electromagnéticos, hay corrientes en la pantalla, se inducen tensiones en los conductores. tierra 26

La red de tierra, también tiene relación con las descargas atmosféricas, rayos, y fenómenos similares, es un sistema integrado: • dispositivo captor • conductores de bajada • sistema de puesta a tierra la correcta integración de estas partes brinda la buena protección externa contra las descargas. tierra 27

Se presentan tensiones inducidas por las elevadas corrientes de descarga, que son causa de elevadas tensiones, y las tensiones transferidas por falta de conexiones equipotenciales. El proyecto debe cudar las conexiones equipotenciales, estos trabajos durante las etapas de montaje no representan mayores costos, una vez terminados los trabajos las correcciones son muy costosas. . . tierra 28

Los rayos son fenómenos estadísticos, hay cierta probabilidad de que se superen ciertos límites. Pero si las cosas se hacen bien la probabilidad de buen desempeño es muy elevada. Las características de riesgo en distintas localidades están dadas por las densidades ceráunicas, o los niveles ceráunicos, que están definidos en la norma. El otro aspecto a considerar es la importancia del objeto del proyecto. tierra 29

El comportamiento de las redes de tierra frente a descargas impulsivas, rayos, no es calculable con los métodos usados para drenar corrientes de fallas. La red de tierra presenta además de la resistencia del terreno, las resistencias de los conductores, las inductancias y también capacitancias. El modelo para avanzar en estos estudios es muy dificultoso, y se hacen simplificaciones extremas. Por otra parte, en el drenaje de corrientes de impulso solo intevienen áreas reducidas de la red de tierra. En los puntos donde pueden darse estos fenomenos se refuerza la red (jabalinas, mas mallado). tierra 30

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