Resistividad del terreno

CURSO SPT CIMEMOR
Feb 2007
Resistividad del terreno
• Composición del suelo
• Efecto de la humedad
• Efecto de la
temperatura
• Efecto de la
temporada
•
•
•
•
•
Efecto de la distancia
Representación del suelo
Modelo de dos capas
Mediciones
Interpretación
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Tipos de suelo
VALORES GENÉRICOS DE LA RESISTIVIDAD DEL TERRENO
PARA ALGUNOS TIPOS DE SUELO.
Tipo de suelo
Resistividad
( Ohms- m)
Tierra vegetal
5 a 50
Arcillas
10 a 100
Arcillas mezcladas con arena
y/o graba
100 a 1000
Roca
200 a 10000
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Efecto de la humedad
3,500
Soil Resistivity (ohm.meter)
3,000
2,500
Top Soil
2,000
1,500
LA CONDUCTIVIDAD
AUMENTA
SUSTANCIALMENTE
CUANDO LA HUMEDAD
AUMENTA AL 4%
1,000
Sandy loam
500
0
0
2.5
5
10
15
Moisture Content by % weight
20
30
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Efecto de la temperatura
Soil Resistivity Ohm.meter
4000
3500
UN DECREMENTO EN LA
TEMPERATURA DE 20 oC A –5oC
GENERA UNA REDUCCIÓN EN LA
CONDUCTIVIDAD POR UN FACTOR
DE 10
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
-15
-5
0
Temperature deg C
10
20
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Efecto de la temporada
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Efecto de algunos parámetros
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Representación del suelo
Modelo de dos capas
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Medición de la resistividad
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Efecto de la distancia
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Sistema de puesta a tierra
•
•
•
•
Presencia de tierra
Errores comunes
Función de un SPT
Electrodos de tierra
• Método de medición
• Resultados de campo
• Variación resistenciaseparación
• Variación resistenciadiámetro
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Sistema de puesta a tierra
Ofrecer una trayectoria de drenado para los elementos metá
metá licos no
energizados de los equipos a travé
trav és de la masa de tierra, cuando se ven
expuestos a tensiones o corrientes anó
anómalas o acumulació
acumulación de cargas
electrostá
electrost
áticas.
Permitir el flujo de corriente en el caso de una falla tierra con
con el objeto
de que el equipo de protecció
protección opere correctamente y pueda aislar la
falla..
falla
Evitar el desplazamiento del voltaje suministrado por la fuente con el fin
de garantizar la correcta operació
operación del equipo alimentado
Suministrar una superficie equipotencial con el objeto de minimizar
minimizar
diferencias de potencial que puedan ser fuentes de corriente
indeseables y que puedan afectar el equipo electró
electrónico sensible o poner
en peligro de electrocución a personas y animales
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Presencia de tierra
¿ Porqué los siguientes sistemas NO
ESTAN puestos a tierra ?
Aeroplanos
Plataformas marinas flotantes
Equipos Portátiles
Barcos
Globos Aerostáticos
Submarinos
Satélites
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Errores comunes
La tierra se considera como una masa gigantesca con
propiedades prácticamente ilimitadas para absorber cantidades
de electricidad est ática o carga sin cambiar su potencial, es
decir, una masa que debido a sus dimensiones tiene muy baja
impedancia
Esta definició
definición involucra una tierra ideal, la cual en la prá
pr áctica, para
zonas delimitadas de la superficie de la tierra, se comporta de manera
diferente. Debe tenerse mucho cuidado al considerar la tierra a un
potencial nulo o cero. Si un punto se define como cero potencial,
potencial,
entonces la aseveració
aseveración de que un punto cercano está
está tambi
tambié
én a cero
potencial generalmente es incorrecta al circular una corriente a tierra
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Errores comunes
Existen dos propiedades que se considera tiene la tierra bajo el
concepto de tierra ideal: la tierra es un “receptor” o “fuente”
perfecta de corriente y la tierra puede proporcionar un plano
equipotencial dentro de una zona delimitada de la superficie de
la misma, plano que sirve como referencia ideal para circuitos
eléctricos y electrónicos. Estas propiedades sugieren que la
diferencia de potencial entre dos puntos en la tierra es cero si n
importar el tipo, magnitud y frecuencia de la corriente inyectad a
a la tierra; concepto que es normalmente violado en la práctica
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Errores comunes
Pero ¿cuál es el elemento que evita tener una tierra ideal, desde
el punto de vista el éctrico? Este elemento lo constituye la
resistividad del suelo, la cual define en forma práctica las
propiedades el éctricas de la tierra. De hecho, la tierra es un
conductor con propiedades conductoras muy inferiores a las
propiedades conductoras de un elemento metálico
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Errores comunes
Cualquier objeto metálico constituye un Sistema de Puesta
Tierra
Esta definició
definición ha sido la causa de eventos fatales y pé
pérdida de
equipo delicado y costoso
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Función de un SPT
La forma de mejorar las propiedades el éctricas de la tierra como
elemento disipador de corrientes anormales que se presentan
en un sistema el éctrico conectado a él y obtener un plano lo
más equipotencial posible es instalando un sistema de puesta a
tierra (SPT), generalmente constituido por conductores
enterrados horizontal y verticalmente, en una arreglo que puede
ser desde muy sencillo (un solo electrodo horizontal o vertical)
hasta muy complejo (un arreglo de conductores horizontales y
verticales dispuestos de tal forma que formen una malla de
tierra). La complejidad dependerá de la instalaci ón y su
contenido
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Función de un SPT
El sistema de tierras se diseña para ofrecer una trayectoria o
camino definido a tierra para las corrientes anormales
producidas tanto por fuentes hechas por el hombre (fallas a
tierra del sistema de potencia o fuentes parásitas que crean
interferencia de alta o baja frecuencia) como por fuentes
naturales (rayo y fuentes externas de interferencia de baja o al ta
frecuencia). La tierra es un plano conductor con valor “finito”,
del orden de 5 a 10 -5 S/m, por lo que cualquier inyecci ón de
corriente a tierra producirá voltajes dentro y alrededor del sitio
donde se inyecta, con el latente riesgo de daño a equipo o
riesgo de electrocuci ón a seres vivos. Por lo tanto, la instalaci ón
de un sistema o red de tierras busca mejorar las propiedades
eléctricas de disipaci ón de corrientes indeseables a tierra,
suministrando tanto una referencia el éctrica para instalaciones
eléctricas como la disipaci ón de energ ía que pueda representar
un riesgo de electrocuci ón para los seres vivos
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Función de un SPT
Ahora bien, la conexi ón a tierra de instalaciones el éctricas para
efecto de seguridad de personal está basado en un principio
básico: las diferencias de potencial generados al momento de la
inyecci ón de corriente an ómala entre las partes conductoras de
la instalaci ón el éctrica y la tierra deben ser reducidas a valores
seguros. Voltajes excesivos pueden producir el rompimiento de
material diel éctrico (ya sea aire o materiales sólidos) o, al
cerrarse un circuito el éctrico vía elementos metálicos o a través
del cuerpo de una persona, corrientes peligrosas que pueden
producir daño a componentes el éctricos y/o electrónicos y
riesgo de electrocuci ón a personas
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Electrodos de tierra
1. Resistencia
conductor
2. Resistencia
contacto
3. Resistencia
volumen de
del
de
del
tierra
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Electrodos de tierra
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Potencial alrededor del electrodo
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Una sola trayectoria
Gradientes de potencial
elevados debido a que la
corriente de rayo total
tiene una sola trayectoria
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Dos trayectorias
Menor impedancia al
tener dos trayectorias.
Sistema aún inadecuado
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Seis trayectorias
Mejor comportamiento,
ya que la corriente del
rayo se divide en seis
trayectorias
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Trayectorias múltiples
Comportamiento ideal,
ya que la corriente de
rayo tiene múltiples
trayectorias, generando
potenciales menores
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Combinación de electrodos
Sistema adecuado para
resistividades elevadas
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Método de caída de potencial
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Método de caída de potencial
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Resultados de campo
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Variación resistencia-separación
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Variación resistencia-diámetro
120%
Resistance %
100%
80%
60%
40%
20%
0%
12.5
15.5
19.0
22.0
25.0
28.0
Rod diameter, mm
31.0
34.5
37.5
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Variación resistencia-profundidad
400
350
Resistance
300
ρ = 200 Ωm
250
200
150
100
50
ρ = 50
ρ = 100
ρ = 10
0
1
2
3
Length of Electrode
4
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Red de puesta a tierra
Electrodo horizontal
de puesta a tierra
formando un anillo cerrado
Electrodo vertical
de puesta a tierra
o arreglo
Fig. 2 Se omiten bajada y puntas de pararrayo
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Arreglos comunes
conductor
de bajada
1m
b)
electrodo vertical
de puesta a tierra
S
b.1)
S
conductor de conexión
con cable de bajada
electrodo
horizontal
de puesta
a tierra
1m
S
b.2)
1m
S
b.3)
S
Fig. 1 Arreglos para formar electrodos de puesta a tierra
que conectan a cada conductor de bajada.
lazo de interconexión
entre electrodos de
puesta a tierra en cada
conductor de bajada
(electrodo horizontal de
puesta a tierra)
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Arreglos comunes
La longitud depende del área
de congregación de personas
1m
3m
3m
c)
Límite de la
estructura
a)
El número de patas paralelas depende
del área de congregación de personas
1m
3m
h 0.6 m
3 m
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Resistencia arreglo triángulo equilátero
h=0.6m, diam=0.016m, L=3m, ρ=100Ωm
Para otras resistividades, multiplicar por ρ/100
RESISTENCIA (Ohms)
13
12
11
10
9
8
7
6
0
1
2
3
4
5
6
LONGITUD S (m)
7
8
9
10
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Resistencia arreglo counterpoise
h=0.6m, diam=0.016m, L=3m, ρ=100Ωm
Para otras resistividades, multiplicar por ρ/100
RESISTENCIA (Ohms)
13
12
11
10
9
8
7
6
0
1
2
3
4
5
6
LONGITUD S (m)
7
8
9
10