Electrical installation

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TEMA 18. INSTALACIONES DE PUESTA A TIERRA Definición, objetivo y partes de una instalación de puesta a tierra. Funcionamiento de una instalación de puesta a tierra. Parámetros característicos de una instalación de puesta a tierra. Clasificación de las instalaciones de puesta a tierra según su función. 4.1. Elementos que se conectan a tierra. 4.2. Clasificación. Cálculo de la resistencia de una instalación de puesta a tierra. 5.1. Resistividad del terreno. 5.2. Electrodos de tierra. Relación de instalaciones de puesta a tierra en un sistema MT-BT. Estructura y dimensionado de la instalación de puesta a tierra de masas de BT. Estructura y dimensionado de la instalación de puesta a tierra de masas del CT . Estructura y dimensionado de la instalación de puesta a tierra del neutro del trafo. Separación de las instalaciones de puesta a tierra. 10.1. Instalaciones de puesta a tierra para la masas de AT y BT en un CT. 10.2. Instalaciones de puesta a tierra para la masas de AT y neutro del Trafo.

DEFINICIÓN, OBJETIVO Y PARTES DE UNA IPT : 

DEFINICIÓN, OBJETIVO Y PARTES DE UNA IPT Definición (IPT): Objetivo (IPT): Seguridad de la personas y protección de equipos: limitando diferencias de tensiones peligrosas en el conjunto de instalaciones, edificios y superficies próximas favoreciendo un camino de baja impedancia a las corrientes de faltas o descargas de origen atmosférico.   Partes (IPT): Unión eléctrica directa, sin fusibles ni protección alguna, entre una parte de un circuito eléctrico o una parte conductora no perteneciente al mismo y un electrodo o grupos de electrodos enterrados en el terreno. 1.   Conductor de protección. 2.   Conductor de unión equipotencial principal. 3.   Conductor de tierra. Conductor de equipotencialidad suplementaria. Conductor de puesta a tierra funcional (si es necesario). B. Borne principal de tierra. M. Masa. C. Elemento conductor. P. Canalización metálica principal (agua, gas calefacción…). T. Toma de tierra. 1 5 3 1 1 1 2 4 M C P T B

FUNCIONAMIENTO DE UNA IPT : 

U=0 Ut U=Ut Id Ut R S T M Ut FUNCIONAMIENTO DE UNA IPT

FUNCIONAMIENTO DE UNA IPT : 

FUNCIONAMIENTO DE UNA IPT x R = Re+Rt ?U=Rx*Id x Lx

FUNCIONAMIENTO DE UNA IPT : 

FUNCIONAMIENTO DE UNA IPT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 x (m) (100) (80) (50) Id I Ux (%) V V 4 V 3 V 2 V 1 V 0 L (m) L

FUNCIONAMIENTO DE UNA IPT : 

FUNCIONAMIENTO DE UNA IPT DISTRIBUCIÓN DE POTENCIALES CREADOS POR UNA PICA VERTICAL 1 1 2 “ 2 m 10 20 Profundidad 0 m 1 Distribución de potencial en el terreno (V) Distancia (m)

PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE UNA IPT : 

PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE UNA IPT Id Vt Vc1 Vc2 V x Tensión a tierra (Vt): Tensión de contacto (Vc): Dos masas; Una masa y tierra; Una masa y un elemento conductor; Un elemento conductor y tierra; A Id V E1 1 m E2 Vp VtT VcT x Tensión de paso (Vp) Tensión transferidas: Tierras transferidas (VtT); Contacto trasferida (VcT).

PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE UNA IPT : 

PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE UNA IPT Tensión de paso y contacto aplicada (Vpa, Vca) Tensión de contacto y tensión de contacto aplicada CIRCUITO EQUIVALENTE CIRCUITO EQUIVALENTE

CLASIFICACIÓN DE LAS IIPT SEGÚN SU FUNCIÓN : 

UTt? CLASIFICACIÓN DE LAS IIPT SEGÚN SU FUNCIÓN Elementos que se conectan a tierra: Neutros de transfos y generadores: Pueden estar aislados de tierra: Pueden estar conectados a tierra: t UTt=0 URt=URN USt=USN URN Id UTt=0 UNt= UTN t t Id t Rt N URN USN UTN URt? USt UNt?

CLASIFICACIÓN DE LAS IIPT SEGÚN SU FUNCIÓN : 

CLASIFICACIÓN DE LAS IIPT SEGÚN SU FUNCIÓN Elementos que se conectan a tierra: Masas metálicas: Defecto con masa no conectada a tierra: Defecto con masa conectada a tierra: e.g. MASAS DE BT Uc = URN RB R S T N RB RA I’d I’d U’c T S R N

CLASIFICACIÓN DE LAS IIPT SEGÚN SU FUNCIÓN : 

CLASIFICACIÓN DE LAS IIPT SEGÚN SU FUNCIÓN Elementos que se conectan a tierra: Elementos de protección: Pararrayos, seccionadores de puesta a tierra...

CLASIFICACIÓN DE LAS IIPT SEGÚN SU FUNCIÓN : 

CLASIFICACIÓN DE LAS IIPT SEGÚN SU FUNCIÓN Clasificación: Tierras de protección: Se conectarán las masas metálicas que normalmente no están sometidas a tensión, pero que sí pueden estarlo en caso de defecto eléctrico. Tierras de servicio: Neutro del transformador de potencia, circuitos de baja tensión de los transfos de medida, los descargadores de sobretensiones o descargas atmosféricas y los elementos de conexión a tierra de la aparamenta. Puesta a tierra por razones funcionales: Asegura el funcionamiento correcto del equipo y de la instalación.

CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE UNA IPT : 

Salinidad del terreno (%) CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE UNA IPT Resistividad del terreno: 1 m 1 m 1 m L Humedad referida a terreno seco (%) Arcilla Terreno superficial Marga arcillosa ? (O*m) 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 -15 -10 -5 0 10 20 40 60 Temperatura del terreno (ºC) ? (O*m) ? (O*m) 0 5 10 15 20 102 10

CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE UNA IPT : 

CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE UNA IPT Resistividad del terreno: ESTRATIGRAFÍA DEL TERRENO VARIACIONES ESTACIONALES DE LA RESISTENCIA JUNIO JULIO AGOS SEPT. OCTUB. NOVI. DICIEM. ENERO FEBRE. MARZO ABRIL MAYO a b 130% 100% 70% a: Toma de tierra en superficie b: Toma de tierra en profundidad 350 300 250 200 150 100 50 0 Resistencia (O) 68 O 47 O 185 O 1,5 m 3,00 m 4,50 m 6,00 m PROFUNDIDAD (m) SUPERFICIE DEL TERRENO ARENA LIGERA ARENA FIRME ARCILLA MECLADA CON ARENA

CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE UNA IPT : 

CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE UNA IPT Electrodos de tierra: Artificiales: Pica vertical: Rt = ?IL L: Longitud de la pica (m) 2 o 2,5 m 2 o 2,5 m 25 20 15 10 5 0 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 Pica: 5 m; profundidad de enterramiento: 0,6 m. Radio de la pica (m) Terreno uniforme Terreno desde 50 a 150 Om Terreno desde 150 a 50 Om Resistencia de la pica (O) PICA SUPERFICIE DEL TERRENO CABLE DE COBRE S=35 mm2 Soldadura Aluminotérmica 0,80 m 2 m >4 m PICAS EN PARALELO SUFRIDERA MANGUITO DE ACOPLAMIENTO ELECTRODOS PUNTA DE PENETRACIÓN

CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE UNA IPT : 

CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE UNA IPT Electrodos de tierra: Artificiales: Placa enterrada profunda: Rt = 0,8? I P P: Perímetro de la placa (m). Placa superficial: Rt = 1,6? I P Conductor enterrado horizontalmente: Rt = 2? I L L: Longitud del conductor (m). Malla de tierra: Rt = ? / 4r + ? I L r: Radio de un círculo con la misma superficie que el área cubierta por la malla (m); L: Longitud total de conductor enterrado. Cimentaciones de hormigón armado: Rt = 0,2? /V V: Volumen de cimentación de hormigón enterrada (m3). 5 m

CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE UNA IPT : 

CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE UNA IPT Electrodos de tierra: Naturales: La envolturas de plomo de los cables de una red eléctrica de baja tensión enterrada en ciertas condiciones. No deben utilizarse las conducciones metálicas enterradas (agua, líquidos, gases inflamables, calefacción central...).

RELACIÓN DE IIPT EN UN SISTEMA MT-BT : 

RELACIÓN DE IIPT EN UN SISTEMA MT-BT COMPAÑIA DISTRIBUIDORA SUBESTACIÓN AT MT (66 kV) (20 kV) LÍNEA DE DIST. (20 kV) CENTRO DE TRANSFORMACIÓN USUARIO INSTALACIÓN DE BAJA TENSIÓN MASA MASA Xn RN RT RB RA IPT IPT IPT IPT NEUTRO RED (MT) MASAS CT (MT) NEUTRO MASAS BT

ESTRUCT. Y DIM. DE LA IPT DE MASAS DE BT : 

ESTRUCT. Y DIM. DE LA IPT DE MASAS DE BT Electrodos de tierra: Esquema TN: Esquema TT: Electrodo o sistema de electrodos (E). Línea de enlace con tierra (A-B). Punto de puesta a tierra (B). Línea principal de tierra (B-C). Conductores de protección (C-D C-E, D-F, D-G). Bornas o regletas de conexión (C, D). CRITERIO DE DIMENSIONADO: Rt ? ?F(geometría) < Radm Radm = 2 ?* *Se admiten valores mayores analizando un fallo fase-tierra según UNE 20460-413.1.3.4. Radm = UL/I?N UL: Tensión límite convencional (=24, 50 V); I?N: Sensibilidad del dispositivo de corriente diferencial residual.

ESTRUCT. Y DIM. DE LA IPT DE MASAS DE BT : 

Conductor de tierra: Punto de puesta a tierra: ESTRUCT. Y DIM. DE LA IPT DE MASAS DE BT Electrodo o sistema de electrodos (E). Línea de enlace con tierra (A-B). Punto de puesta a tierra (B). Línea principal de tierra (B-C). Conductores de protección (C-D C-E, D-F, D-G). Bornas o regletas de conexión (C, D). UNE 20460-5-543.1.1. CGP CS E A B C D F G E M C M

ESTRUCT. Y DIM. DE LA IPT DE MASAS DE BT : 

Conductores de protección: ESTRUCT. Y DIM. DE LA IPT DE MASAS DE BT Electrodo o sistema de electrodos (E). Línea de enlace con tierra (A-B). Punto de puesta a tierra (B). Línea principal de tierra (B-C). Conductores de protección (C-D C-E, D-F, D-G). Bornas o regletas de conexión (C, D). (*) Con un mínimo de: 2,5 mm2 si los conductores de protección no forman parte de la canalización de alimentación y tienen una protección mecánica, y 4 mm2 si los conductores de protección no forman parte de la canalización de alimentación y no tienen una protección mecánica. o CGP CS E A B C D F G E M C M UNE 20460-5-543.1.1.

ESTRUCT. Y DIM. DE LA IPT DE MASAS DEL CT : 

Dimensionado del electrodo de tierra: ESTRUCT. Y DIM. DE LA IPT DE MASAS DEL CT Investigación de las características del terreno (?). Determinación de las corrientes máximas de defecto a tierra y tiempo de eliminación del defecto (Neutro aislado, Neutro unido a tierra:rígido o con impedancia). Diseño preliminar de la IPT: Selección de un electrodo típico de UNESA. Parámetros característicos de un electrodo en forma de anillo rectangular de 4x3 m (sección del conductor =50 mm2 ; diámetro de las picas =14 mm; Lp: longitud de las picas (m)) Profundidad: 0,8 m Profundidad: 0,5 m

ESTRUCT. Y DIM. DE LA IPT DE MASAS DEL CT : 

Dimensionado del electrodo de tierra: ESTRUCT. Y DIM. DE LA IPT DE MASAS DEL CT Cálculo de la resistencia de la IPT: Rt=Kr*? Cálculo de la tensión de paso: Vp=Kp*?*Id Cálculo de la tensión de contacto: Vc = Kc*?*Id Cálculo de valores máximos admisibles de tensiones: Comprobación de resultados: Separación entre los electrodos de protección y servicio. Tensión de paso admisible : Tensión de contacto admisible:

ESTRUCT. Y DIM. DE LA IPT DEL NEUTRO DEL TRAFO : 

1 2 ESTRUCT. Y DIM. DE LA IPT DEL NEUTRO DEL TRAFO Aislado 0,6/1kV IK ?7. Criterio de dimensionado similar que conductores de tierra en IPT de masas de BT. Normalmente pica o hilera de picas. RB?Radm Esquema TT: Radm =37 ? (recomendación UNESA) que hace UL= 24 V con DDR de 0,65 A. Esquema TN: Radm =2 ?* 3 1 Puesta a tierra del Neutro del transformador Puesta a tierra de las masas del CT 1. Pica vertical. 2. Electrodo rectangular en anillo. 3. Cable aislado bajo tubo.

SEPARACIÓN DE LAS IPT : 

Normalmente separadas para que un defecto en AT no origine tensiones peligrosas para personas en las masas de BT. Debe cumplirse bien: Tomas de tierra independientes (< 50 V) o Se verifican distintas condiciones entre ellas: Separación de ambos electrodos:15 m en terrenos con ?<100 ?m. D resto de casos. IPTs para la masas de AT y BT en un CT: Única IPT cuando la tensión de defecto (Vd= Id*Rt) ? Vcmáx aplicada (MIE-RAT 13). SEPARACIÓN DE LAS IPT ¿VMASAS >50 V? TIERRA MASA AT TIERRA MASAS BT MASA BT V=0 LÍNEA DE AT LÍNEA DE BT DEFECTO Cable aislado de neutro Rt Vd = Rt*Id Id

SEPARACIÓN DE LAS IPT : 

IPTs para la masas de AT y neutro del Trafo (UNE 20.460-4-442): Normalmente separadas para que un defecto en AT no origine tensiones peligrosas en los aislamientos de BT. VFTIERRA = VFN + VN, TRASFERIDA Como: VENSAYO = 2U+1.000 V ?1.500 V Se admite: VN, TRASFERIDA ? 1.000 V Por tanto la separación de electrodos debe ser: SEPARACIÓN DE LAS IPT ¿VFT>1.000V? TIERRA MASA AT TIERRA NEUTRO BT Id D AT BT Tierra del neutro (servicio) Tierra de protección Uo=R*Id U = 0 Unidas cuando la tensión ante un defecto en MT ? 1.000 V V=0 LÍNEA DE AT LÍNEA DE BT DEFECTO Cable aislado de neutro Rt Vd = Rt*Id Id

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BIBLIOGRAFÍA Roger Folch, J., Martín Riera, G. y Roldán Porta, C. Tecnología eléctrica, 2000. de la Casa Hernández, J. Instalaciones eléctricas, 1999. Toledano, J. Puesta a tierra en edificios y en instalaciones eléctricas, 1997. Carmona Fernández, D. Manual de instalaciones eléctricas, 2005. REBT ITC-BT 18, Instalaciones de puesta a tierra.  REBT ITC-BT y GUÍA-BT 26, Instalaciones interiores en viviendas. Prescripciones generales de instalación. UNE 20.460-5-54, Instalaciones eléctricas en edificios. Elección e instalación de los materiales eléctricos. Puesta a tierra y conductores de protección, 1990. UNE 20460-7-707, Instalaciones eléctricas en edificios. Parte 7: Reglas para las instalaciones y emplazamientos especiales. Sección 707: puesta a tierra de las instalaciones con equipos de proceso de datos, 1987. Schneider Electric España, S.A.. Publicación técnica PT-09: Medidas y vigilancia de las instalaciones de puesta a tierra, 2001.