Malla de Tierra

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NecesidadNecesidad de la de la MallaMalla de Tierrade Tierra Proporcionar un circuito de muy baja impedancia para Proporcionar un circuito de muy baja impedancia para

drenar las corrientes de tierra, ya sean debidas a una drenar las corrientes de tierra, ya sean debidas a una falla de aislamiento o a la operacin de un falla de aislamiento o a la operacin de un descargador de descargador de sobretensinsobretensin..

Evitar que durante la circulacin de estas corrientes Evitar que durante la circulacin de estas corrientes de tierra, puedan producirse diferencias de potencial de tierra, puedan producirse diferencias de potencial entre distintos puntos de la subestacin, que puedan entre distintos puntos de la subestacin, que puedan ser peligrosas para el personal.ser peligrosas para el personal.

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NecesidadNecesidad de la de la MallaMalla de Tierra (cont.)de Tierra (cont.) Facilitar mediante sistemas de protecciones la Facilitar mediante sistemas de protecciones la

eliminacin de las fallas a tierra en los sistemas eliminacin de las fallas a tierra en los sistemas elctricos.elctricos.

Dar mayor confiabilidad y continuidad al servicio Dar mayor confiabilidad y continuidad al servicio elctrico.elctrico.

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FEM

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IEEE

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FEMFEM IEEEIEEE

PunteroConductorJabalinaForma RectangularForma TForma LForma Triangular

PunteroForma RectangularForma TForma LForma Triangular

Nota: Se pueden representar todas las formas si se selecciona IEEE 80-2000. Para IEEE 80-1986 e IEEE 665-1995 slo la Forma Rectangular.

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FEMFEM IEEEIEEE

Ejecutar Clculo

Alerta

GrficosReportes

Ejecutar ClculoOptimizar Cond.Optimizar Cond. y JabalinasAlerta

Reportes

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Entrada de Datos Entrada de Datos -- Conductores y JabalinasConductores y Jabalinas

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Entrada de Datos Entrada de Datos -- Conductores y JabalinasConductores y Jabalinas(IEEE)(IEEE)

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Entrada de Datos Entrada de Datos -- Conductores y JabalinasConductores y Jabalinas(FEM)(FEM)

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Entrada de Datos Entrada de Datos -- TerrenoTerreno

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GRD Study Case EditorGRD Study Case Editor

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FiniteFinite ElementElement MethodMethod..

ANSI/IEEE ANSI/IEEE StdStd 8080--1986. IEEE 1986. IEEE GuideGuide forforSafetySafety in AC in AC SubstationSubstation GroundingGrounding..

ANSI/IEEE ANSI/IEEE StdStd 8080--2000. IEEE 2000. IEEE GuideGuide forforSafetySafety in AC in AC SubstationSubstation GroundingGrounding..

ANSI/IEEE ANSI/IEEE StdStd 665665--1995. IEEE 1995. IEEE GuideGuideforfor GeneratingGenerating StationStation GroundingGrounding..

MetodologaMetodologa

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Metodologa (cont.)

FEM: Es basado en el mtodo de imgenes y asume que el sistema de tierra es una estructura equipotencial. Da resultadosexactos para redes de tierra pequeas (50 x 50 metros) y medianas (250 * 250 metros) tanto para terrenos uniformes como para biestratificados. Maneja configuraciones tanto regulares como irregulares de cualquier tipo de forma.

IEEE: Es un mtodo opcional, se puede utilizar para optimizar conductores y/o jabalinas. Slo realiza los clculos para el estrato donde se encuentra enterrada la malla. Slo se puede aadir una forma bajo estudio.

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TensionesTensiones de Toque (50 kg y 70 kg)de Toque (50 kg y 70 kg)

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TensionesTensiones de Paso (50 kg y 70 kg)de Paso (50 kg y 70 kg)

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Factor de Factor de AjusteAjuste de la de la SuperficieSuperficie (Cs)(Cs)

IEEE Std 80-2000

IEEE Std 80-1986 IEEE Std 665-1995

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Factor de Factor de AjusteAjuste de la de la SuperficieSuperficie (cont.)(cont.)

Donde:

K Factor de reflexin. Resistividad del terreno (ohm-m).s Resistividad de la capa superficial (ohm-m).hs Grosor de la capa superficial (m).

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DuracinDuracin de la de la FallaFalla

Donde:Donde:

tftf Duracin en segundos de la corriente de falla para Duracin en segundos de la corriente de falla para determinar el Factor de Decremento (determinar el Factor de Decremento (DfDf).).

tctc Duracin en segundos de la corriente de falla para el Duracin en segundos de la corriente de falla para el DimensionamientoDimensionamiento de los Conductores de Tierra.de los Conductores de Tierra.

tsts Duracin en segundos de la corriente de choque Duracin en segundos de la corriente de choque elctrico para determinar los niveles permitidos por el cuerpo elctrico para determinar los niveles permitidos por el cuerpo humano (Tensiones de Toque y Paso).humano (Tensiones de Toque y Paso).

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Factor de Decremento (Df)

Debido a que los cortocircuitos suceden en forma aleatoria con respecto a la onda de tensin y como el contacto puede existir en el momento en que se inicia la falla; se hace necesario suponer una onda de corriente de falla a tierra asimtrica desplazada 100% durante el tiempo del choque elctrico.

El factor de decremento toma en cuenta el efecto del desplazamiento de la corriente continua y la atenuacin de las componentes transitorias de corriente alterna y de directa de la corriente de falla.

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Factor de Decremento (cont.)

Donde:

Ta Constante de tiempo subtransitoria del sistema equivalente (seg). Ta = X/(wR)

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Dimensionamiento de los Conductores de Tierra

Donde:

Akcmil Area del conductor (kcmil).I Corriente de falla (kA rms).tc Duracin de la corriente de falla (seg).Kf Constante para diferentes materiales a

diferentes temperaturas de fusin Tm y una temperatura ambiente de 40C (ver Tabla 2).

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Dimensionamiento de los Conductores de Tierra (cont.)

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CorrienteCorriente MximaMxima de la de la MallaMalla

Donde:

IG Corriente Mxima de la Malla.Sf Factor de Divisin de Corriente (Current Division Factor).Cp Factor de Seguridad por Crecimiento del Sistema (Corrective Projection

Factor).Df Factor de Decremento (Decrement Factor).3Io Valor rms de la Corriente de Falla a Tierra (Ground Short-Circuit

Current). Ifg = 3Io

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Factor de Divisin de Corriente (Sf)

Este factor se refiere a la porcin de la corriente de falla que fluye entre la malla de tierra y la tierra circundante.

Sf depende de los siguientes parmetros:

- El lugar de la falla.- La magnitud de la impedancia de la malla de tierra de la

subestacin.- Las tuberas enterradas y los cables en las cercanas de o

directamente conectadas al sistema de puesta a tierra de la subestacin.

- Los cables de guarda, neutros u otras trayectorias de retorno a tierra.

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Factor de Seguridad por Crecimiento del Sistema (Cp)

Resulta prudente tomar un margen adecuado para estimarlos aumentos futuros de las corrientes de falla por aumento de la capacidad del sistema elctrico o por interconexiones posteriores, pues las modificaciones a la malla de tierra resultan costosas y generalmente se omiten dando motivo a introducir inseguridad en el sistema. Este efecto puede tomarse en cuenta disminuyendo la impedancia del sistema o aplicando un factor de seguridad al valor calculado de la corriente de falla.

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ResultadosFEM IEEE

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Resultados (cont.)FEM

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Resultados (cont.)FEM y IEEE

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GPR (Ground Potential Rise)

Mxima elevacin de potencial en la malla de una subestacin con respecto a un punto distante que se asume que est al potencial de tierra remoto.

GPR = IG * Rg (V)

Si GPR > Etouch tolerable se calculan las tensiones de malla y de paso en caso de falla; si GPR < Etouchtolerable, entonces el diseo ha concluido.

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Rg (Resistencia del Sistema de Tierra)

Donde:

LT Longitud total del conductor (m).A rea de la malla de tierra (m2).h Profundidad de enterramiento de la malla (m).

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Tips

Normalmente tf, tc y ts se asumen iguales y debern reflejar el tiempo mximo de despeje de la falla (incluyendo el respaldo). Los rangos ms comunes estn entre 0,25 seg. hasta 1 seg.

Sf y Cp al fijarlos en 100% dan el diseo ms conservador. Sf=100% significa que toda la intensidad de la corriente de falla va a la malla. Si se fija Cp=100% se deber utilizar el nivel de cortocircuito mximo esperado (ao horizonte, mxima expansin, etc.).

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Tips (cont.)

Una malla de tierra tpica para una subestacin incluye conductores de cobre 4/0 enterrados entre 0,3 y 0,5 metros (12-18 pulgadas), separados de 3 a 7 metros.

Las jabalinas penetrando el suelo de baja resistividad son hasta ahora ms efectivas en disipar corrientes de falla siempre que el suelo sea de dos capas o mltiples capas. Las capas superiores del suelo tienen una resistividad mucho ms alta que las capas inferiores.

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Tips (cont.)

En transmisin usualmente Rg es menor o igual a 1 . En distribucin usualmente el rango aceptable es desde 1 hasta 5 .

Entre ms grande sea el rea que ocupa la malla de tierra, ms baja ser Rg, y por lo tanto, el valor de GPR ser menor.

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Tips (cont.)

La grava o roca triturada colocada en la superficie ayuda tanto a evitar la evaporacin del agua como reducir la magnitud de los choques elctricos, dada su alta resistividad.

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