570845F-MCA07-418 Rev.B Cálculos de Puestas a tierra LT 138 kV

B
Emitido para aprobación
28/05/2019
J. AGUILAR
A. MARQUEZ
H. ANGLES
A
Emitido para revisión interna
25/05/2019
J. AGUILAR
A. MARQUEZ
H. ANGLES
Rev.
Descripción
Fecha
Ejec.
Rev.
Apr.
Elaboración de la Ingeniería de Detalle para la SE Arondaya, LT 138kV Doble Terna,
Acometidas en 69kV hacia Mina, Suches y Reubicación de un Tramo de
LT 138kV Push Back – Botiflaca
Área:
ABENGOA
LT 138 kV Doble terna Derivación SE Cuajone
Cálculos de Puestas a Tierra LT 138 kV
Código:
Revisión
570845F-MCA07-418
Responsable
Técnico:
Jhon Aguilar
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Revisión
Fecha
A
28/05/2019
Revisión interna.
B
28/05/2019
Para revisión del cliente.
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Motivos
Elaboración de la Ingeniería de Detalle para la SE Arondaya, LT 138kV Doble Terna, Acometidas en 69kV hacia
Mina, Suches y Reubicación de un Tramo de LT 138kV Push Back – Botiflaca
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Contenido
1.
Objeto .................................................................................................................4
2.
Premisas ..............................................................................................................4
3.
Documentos de referencia ...................................................................................4
4.
Resistividad del terreno ........................................................................................4
5.
Configuración de SPT con Jabalinas .....................................................................5
6.
Cálculos de resistencia de puesta a tierra sin aditivos ............................................6
6.1.
Calculando con fórmulas de IEEE ......................................................................6
6.2.
Calculando con fórmulas de EPRI ......................................................................7
7.
Cálculos de resistencia de puesta a tierra con aditivos...........................................7
8.
Comparativa de resultados...................................................................................8
9.
Método de Medición de Resistividad Wenner .......................................................9
10.
Resumen y Registros de Medición de Resistividad del terreno: .........................10
11.
Resumen de suministro para sistema de puesta a tierra ...................................11
12.
Conclusiones ..................................................................................................11
13.
Anexos...........................................................................................................11
Elaboración de la Ingeniería de Detalle para la SE Arondaya, LT 138kV Doble Terna, Acometidas en 69kV hacia
Mina, Suches y Reubicación de un Tramo de LT 138kV Push Back – Botiflaca
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1. Objeto
Presentar cálculos y propuestas de sistemas de puesta a tierra para cumplir objetivo de RPT=25
Ohm.
Se analizan soluciones convencionales y alternativas usando aditivos al terreno para mejorar su
resistividad.
2. Premisas
Se usa contrapeso con las siguientes características
Material
: Cobre Electrolítico
Diámetro
: 6.5 mm
Sección
: 25 m2.
Cantidad de alambres
: 7 alambres
Se entierra el contrapeso en zanja de 0.40m de ancho x 0.60 m de profundidad.
Se analizan configuraciones y alternativas con aditivos y sin aditivos.
Se utilizan uniones soldadas y/o mecánicas.
3. Documentos de referencia
CNE-2011 – Código Nacional de Electricidad.
EPRI AC Transmission Linea Reference Book – 200 kV and Above.
IEEE 142-2007 Grounding of Industrial and Commercial Power Systems.
4. Resistividad del terreno
Se espera valores de resistividad del terreno muy altos. En proyectos similares próximos a la
zona de proyecto se encontró valores muy altos de resistividad. Por esta razón se hará
estimaciones hasta el valor de 10000 ohm-m.
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5. Configuración de SPT con Jabalinas
Resistencia con Jabalina Simple SPT1
Consiste en la instalación de una jabalina instalada a 0,60m de profundidad + tratamiento del
suelo circundante, la fórmula para hallar el valor de resistencia de puesta a tierra viene dado
por:
Donde:
•
•
•
•
•
•
Longitud de la jabalina (Lj)
: 2,4 m
Diámetro de la jabalina (dj)
: 3/4" ≥0,01905m
Diámetro de la jabalina + tratamiento (dj) : 4" ≥0,1016m
Profundidad (h)
: 0,6 m
Resistividad del terreno (ρ)
: en Ohm-m
Resistencia de puesta a tierra de 1 jabalina (R1)
Reemplazando los valores, se tiene: R1 = 0.2717 ρ
Por lo tanto, el diseño de puesta a tierra “tipo J1” será usado hasta una resistividad del terreno
de 90 -m, para obtener un valor de resistencia de puesta a tierra de 24.4 ohm.

Resistencia con Jabalina Doble SPT2
Consiste en la instalación de dos jabalinas instaladas a 0,60m de profundidad + tratamiento del
suelo circundante de cada jabalina, la fórmula para hallar el valor de resistencia de puesta a
tierra viene dado por:
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
Donde:
•
•
•
•
•
•
Longitud de la jabalina (Lj)
Diámetro de la jabalina (dj)
Diámetro de la jabalina + tratamiento (dj)
Profundidad (h)
Separación entre jabalinas
Resistividad del terreno (ρ)
: 2,4 m
: 3/4" ≥0,01905m
: 4" ≥0,1016m
: 0,6 m
: 5.34 m
: en Ohm-m
Radio semiesférico equivalente Req
= 0.528 m
Coeficiente de reducción

= 0.132
Resistencia de puesta a tierra de 1 jabalina (R1) = 0.2717 ρ
Resistencia de puesta a tierra de 2 jabalina (R1) = 0.1492 ρ
Por lo tanto, el diseño de puesta a tierra “tipo J2” será usado hasta una resistividad de terreno
de 165 -m para obtener un valor de resistencia de puesta a tierra de 24.6 ohm.
6. Cálculos de resistencia de puesta a tierra sin aditivos
Consiste en enterrar contrapesos en una zanja de 0.40 m de ancho x 0.60 m de profundidad.
El relleno se hace con material propio seleccionado o material de préstamo dependiendo del
tipo de terreno en que se ubica la puesta a tierra.
Para estimar la longitud de contrapesos, para diferentes tipos de terrenos y valores de
resistividad del terreno, se utilizan formulas empleadas en los documentos de referencia (EPRIIEEE).
Se puede observar que para altos valores de resistividad la longitud de contrapeso a instalar es
elevada.
6.1. Calculando con fórmulas de IEEE
Cuadro N° 01: resistencia IEEE
Contrapeso Horizontal - IEEE 142 - 2007
Resistividad
r
( -m)
1000
2500
5000
7500
10000
12500
Diametro "d"
m
0.011
0.011
0.011
0.011
0.011
0.011
Radio "a"
m
0.0055
0.0055
0.0055
0.0055
0.0055
0.0055
Altura "h"
m
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
Depth-"s"
m
1.2
1.2
1.2
1.2
1.2
1.2
Long. 2L
m
85
250
550
860
1200
1540
Brazo L
m
42.5
125
275
430
600
770

24.91
24.60
24.64
24.88
24.65
24.66
RPT
Referencia:
Table 4-5—Formulas for the calculation of resistances to ground, IEEE 142-2007
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6.2. Calculando con fórmulas de EPRI
Cuadro N° 02: resistencia EPRI
Contrapeso Horizontal EPRI - SUNDE
Lenght L, radius a,
Buried horizontal wire
Resistividad
r
depth d
( -m)
1000
2500
5000
7500
10000
12500
Diametro "D"
m
0.011
0.011
0.011
0.011
0.011
0.011
Radio "a"
m
0.0055
0.0055
0.0055
0.0055
0.0055
0.0055
Depth-"d"
m
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
Brazo L
m
85
250
550
860
1200
1540
RPT

24.89
24.59
24.64
24.87
24.65
24.66
Grafica 01: relación Longitud – Resistividad
Longitud de contrapeso horizontal
(metros)
Longitud de contrapeso para obtener 25 Ohm
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
2500
5000
7500
10000
12500
Resistividad del terreno (Ohm-m)
7. Cálculos de resistencia de puesta a tierra con aditivos
Consiste en enterrar contrapesos en una zanja de 0.40 m de ancho x 0.60 m de profundidad.
El relleno se hace con material propio seleccionado o material de préstamo dependiendo del
tipo de terreno en que se ubica la puesta a tierra.
El contrapeso se cubre con una sustancia aditiva, suelo artificial, por ejemplo: Hidrosolta. En
otros casos se puede usar orto aditivo como Favigel o cemento conductivo.
Para estimar la longitud de contrapesos, para diferentes tipos de terrenos y valores de
resistividad del terreno, se utilizan formulas empíricas de fabricantes. Abengoa ha hecho
ensayos y está en capacidad de afirmar que la validez de dichas formulas es aproximada y
depende mucho de las características del terreno.
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Cuadro N° 03: resistencia con aditivos
Contrapeso Horizontal: Usando Aditivos
Resistividad
r
( -m)
1000
2500
5000
7500
10000
12500
diametro "d"
m
0.011
0.011
0.011
0.011
0.011
0.011
Radio "a"
m
0.0055
0.0055
0.0055
0.0055
0.0055
0.0055
Depth-"d"
m
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
Ancho "A"
m
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
Brazo L
m
16
50
110
175
250
320
RPT

24.92
23.87
24.18
24.17
23.55
23.66
Grafica 02: relación Longitud – Resistividad
Longitud de contrapeso horizontal
(metros)
Longitud de contrapeso para obtener 25 Ohm
350
300
250
200
150
100
50
0
2500
5000
7500
10000
12500
Resistividad del terreno (Ohm-m)
8. Comparativa de resultados
Se observa que para los altos valores de resistividad es aconsejable el uso de aditivos pues
reduce notablemente la longitud de contrapeso a enterrar.
Grafica 03: relación Longitud – Resistividad
Longitud de contrapeso horizontal
(metros)
Longitud de contrapeso para obtener 25 Ohm
1,540
1,600
1,400
1,200
1,200
860
1,000
800
550
600
400
250
200
50
110
175
250
320
0
2500
5000
7500
10000
12500
Resistividad del terreno (Ohm-m)
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No obstante, de las ventajas del uso de aditivos, para altos valores de resistividad del terreno ya
no es práctico seguir enterrando contrapeso, por lo que se recomienda que a partir de cierto
valor de resistividad (por ejemplo 10000 Ohm-m) ya no se continúe enterrando contrapeso o se
busque un terreno de menor resistividad hacia dónde dirigir los contrapesos.
9. Método de Medición de Resistividad Wenner
El método de Wenner es el más utilizado para los estudios de resistividad del terreno, consiste
en incrustar en el terreno cuatro estacas o picas en línea recta y separadas a distancias iguales
“a”, la profundidad de la estaca o pica es denotada con la letra” b” (Ver Figura 3). El potencial
originado entre las dos estacas (estacas interiores) es medido y dividido por el valor de la
corriente que circula entre las estacas exteriores, dando un valor de resistencia “R”; este
método es propuesto por la IEEE Std 80‐2000.en la sección 13.3.
Figura N°03: Medición de Resistividad Aparente del Suelo
La resistividad del suelo se estima con la siguiente Formula:
En donde:
ρa: Resistividad del suelo, Ω m.
R:
Resistencia resultante de la medida, Ω.
a:
Distancia entre electrodos adyacentes, m
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10. Resumen y Registros de Medición de Resistividad del terreno:
De las mediciones registradas se tiene el siguiente cuadro resumen:
Cuadro N° 04: resumen de resistividad del terreno
Resistividad de Capa
Medidas Resistencia Aparente
Eje Longitudinal (ohm)
Medidas Resistencia Aparente
Eje transversal (ohm)
Ítem
Tipo de
Estructura
Tipo de terreno
1m
2m
4m
6 m.
8 m.
1m
2m
4m
6 m.
1
E01
Arcilloso
106.90
64.40
29.20
22.70
14.72
98.40
93.10
28.50
24.30
2
E02
Gravoso
30.60
18.30
16.62
15.19
13.24
33.10
20.90
13.43
7.18
3
E03
Arcilloso + Bolonería
31.40
39.70
41.40
31.20
24.10
31.50
42.20
32.90
29.70
4
E04
Roca sana
87.00
47.90
53.60
38.20
37.80
100.30
74.10
45.40
5
E05
Arcilloso
99.30
68.80
54.60
33.10
29.40
90.90
69.50
6
E06
Arcilloso - Limoso
198.20
62.00
33.20
23.10
19.09
65.30
7
E07
Roca fracturada
62.80
23.90
14.95
15.24
16.12
8
E08
Roca fracturada
32.20
18.33
21.40
18.64
9
E09
Arcilloso + Grava
55.00
37.80
16.31
10
E10
Arcilloso + Grava
48.70
23.10
11
E11
Arcilloso + Grava
25.70
12
E12
Arenoso + Grava
13
E13
14
Profundidad
de primera
capa
Primera
Segunda
8 m.
Ώ. - m
Ώ. - m
m
13.36
600
764
0.60
11.76
200
1 281
2.20
27.20
200
3 800
0.90
39.30
34.40
550
4 950
1.80
54.50
56.20
46.40
550
3 117
1.50
44.10
15.57
13.45
12.47
850
510
1.20
62.50
17.35
13.46
14.64
12.40
400
193
0.80
20.80
36.50
30.00
20.80
17.95
18.08
200
2 877
1.80
9.41
7.18
70.70
28.50
20.40
11.62
8.84
400
509
1.65
13.89
10.09
7.06
25.70
17.43
13.13
11.05
8.47
240
2 160
3.80
22.90
9.09
9.00
7.46
35.60
29.00
12.41
9.27
6.57
240
2 160
3.80
18.38
11.43
7.32
6.26
5.47
16.18
11.20
9.87
7.34
5.52
100
567
1.70
Arenoso + Grava
4.04
2.53
2.04
2.05
2.25
2.71
2.20
1.70
1.56
1.71
20
94
1.40
E14
Arcilloso + Grava
15.45
11.15
6.37
5.67
5.27
16.53
11.44
5.82
4.70
3.34
100
208
1.00
15
E15
Arenoso + Grava
34.50
31.30
15.20
14.78
13.07
28.50
21.70
15.20
17.17
11.81
200
467
0.75
16
E16
Arenoso + Grava
36.10
22.20
13.24
8.71
7.36
59.00
18.51
12.49
9.90
8.22
300
155
1.65
17
E17
Roca fracturada
18.89
16.03
9.24
8.56
5.38
30.30
13.41
6.63
5.17
4.92
155
210
0.80
18
E18
Roca fracturada
30.30
13.41
6.63
5.17
4.92
18.89
16.03
9.24
8.56
5.38
150
350
1.60
19
E19
Roca fracturada
26.50
17.59
15.76
12.44
8.77
25.60
12.18
8.69
6.97
6.50
150
216
0.80
20
E20
Arenoso + Grava
22.90
11.82
7.71
6.88
5.81
29.30
10.45
8.98
6.54
5.80
160
118
0.85
21
E21
Arcilloso + Grava
59.60
23.20
10.30
6.92
4.94
44.90
27.10
12.10
6.52
4.22
320
161
3.60
22
E22
Arcilloso + Grava
39.70
21.90
3.96
2.17
1.38
41.40
14.20
5.10
4.77
3.28
250
185
1.20
23
E23
Arcilloso + Grava
30.80
11.90
6.62
3.58
2.85
41.40
29.60
7.25
9.02
2.94
230
311
1.00
24
E24
Arcilloso + Grava
7.02
5.55
4.81
3.85
3.80
8.43
6.35
3.93
3.80
3.20
45
198
1.20
Se puede observar que la resistividad promedio aparente de acuerdo a las mediciones de
campo esta en el orden 275 -m.
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Cálculos de Puestas a Tierra LT 138 kV
ABENGOA
570845F-MCA07-418
Rev.:
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B
11. Resumen de suministro para sistema de puesta a tierra
Cuadro N° 05: resumen de suministro de puesta a tierra
Analisis de medicion de resistividad
Nuevo
h=
ρ1 =
ρ2 =
ρ1 =
Tipo de
puesta a
tierra
Longitud del
contrapeso brazos x
metros
Resistencia
esperada
contrapeso
Resistencia
esperada
()
Bolsa de
Hidrosolta
(15 kg-2.5
ml)
Conector
doble via
m
Ώ. - m
Ώ. - m
Ώ. - m
0.60
600
764
600
PAT-1x10
1 x 10
< 25 ohm
10.00
2.20
200
1 281
200
PAT-1x5
1 x 5
21.97
4
1
< 25 ohm
5.00
12.73
2
Arcilloso + Bolonería
0.90
200
3 800
200
PAT-1x5
1
1 x 5
< 25 ohm
5.00
12.73
2
E04
Roca sana
1.80
550
4 950
550
1
PAT-1x10
1 x 10
< 25 ohm
10.00
20.14
4
5
E05
Arcilloso
1.50
550
3 117
1
550
PAT-1x10
1 x 10
< 25 ohm
10.00
20.14
4
6
E06
Arcilloso - Limoso
1.20
850
1
510
850
PAT-1x15
1 x 15
< 25 ohm
15.00
22.34
6
7
E07
Roca fracturada
0.80
1
400
193
400
PAT-1x20
1 x 20
< 25 ohm
20.00
8.28
8
8
E08
Roca fracturada
1
1.80
200
2877
200
PAT-1x5
1 x 5
< 25 ohm
5.00
12.73
2
9
E09
1
Arcilloso + Grava
1.65
400
509
400
PAT-1x10
1 x 10
< 25 ohm
10.00
14.65
4
10
1
E10
Arcilloso + Grava
3.80
240
2160
240
PAT-1x5
1 x 5
< 25 ohm
5.00
15.28
2
1
11
E11
Arcilloso + Grava
3.80
240
2160
240
PAT-1x5
1 x 5
< 25 ohm
5.00
15.28
2
1
12
E12
Arenoso + Grava
1.70
100
567
100
PAT-1x5
1 x 5
< 25 ohm
5.00
6.37
2
1
13
E13
Arenoso + Grava
1.40
20
94
20
PAT-1x5
1 x 5
< 25 ohm
5.00
1.27
2
1
14
E14
Arcilloso + Grava
1.00
100
208
100
PAT-1x5
1 x 5
< 25 ohm
5.00
6.37
2
1
15
E15
Arenoso + Grava
0.75
200
467
200
PAT-1x10
1 x 10
< 25 ohm
10.00
7.32
4
1
16
E16
Arenoso + Grava
1.65
300
155
300
PAT-1x5
1 x 5
< 25 ohm
5.00
19.10
2
1
17
E17
Roca fracturada
0.80
155
210
155
PAT-1x5
1 x 5
< 25 ohm
5.00
9.87
2
1
18
E18
Roca fracturada
1.60
150
350
150
PAT-1x5
1 x 5
< 25 ohm
5.00
9.55
2
1
19
E19
Roca fracturada
0.80
150
216
150
PAT-1x5
1 x 5
< 25 ohm
5.00
9.55
2
1
20
E20
Arenoso + Grava
0.85
160
118
160
PAT-1x5
1 x 5
< 25 ohm
5.00
10.19
2
1
21
E21
Arcilloso + Grava
3.60
320
161
320
PAT-1x5
1 x 5
< 25 ohm
5.00
20.37
2
1
22
E22
Arcilloso + Grava
1.20
250
185
250
PAT-1x5
1 x 5
< 25 ohm
5.00
15.92
2
1
23
E23
Arcilloso + Grava
1.00
230
311
230
PAT-1x5
1 x 5
< 25 ohm
5.00
14.64
2
1
24
E24
Arcilloso + Grava
1.20
45
198
45
PAT-1x5
1 x 5
< 25 ohm
5.00
2.86
2
1
68.00
24.00
Ítem
Tipo de
Estructura
Tipo de terreno
1
E01
Arcilloso
2
E02
Gravoso
3
E03
4
Resistividad promedio
(Ώ. - m)
275
Long total de
(m)
Longitud total de
contrapeso (m)
170.00
12. Conclusiones
•
•
•
•
•
El diámetro de suelo artificial a aplicar es de 0.10 m.
La máxima resistencia esperada es de 25 Ώ.
El suelo Artificial que emplear es HIDROSOLTA (Bolsa de 24.9 kg)
La longitud total de contrapeso calculado es de 170m
La cantidad de bolsa de HIDROSOLTA es de 68 bls. (1 bolsa / 2.5 m). Para terrenos de
elevado valor de resistividad de terreno resulta aconsejable el uso de aditivos para
disminuir la longitud de contrapeso a enterrar.
13. Anexos
Anexo 01: Análisis de Mediciones de Resistividad del terreno.
Elaboración de la Ingeniería de Detalle para la SE Arondaya, LT 138kV Doble Terna, Acometidas en 69kV hacia
Mina, Suches y Reubicación de un Tramo de LT 138kV Push Back – Botiflaca