MEDICION DE RESISTIVIDAD DE SUELO, ANALISIS GEOELECTRICO Y DIMENSIONAMIENTO DE MALLA A TIERRA PROYECTO: U.SE - PLANTA SAN BERNARDO Diseñó: Juan Rubilar. Revisó: Mauricio Serrano. Aprobó: Mandante U.SE Planta San Bernardo. Fecha: 06-05-2024. Revisión: “0”. 1. INTRODUCCIÓN. 3 2. OBJETIVO. 3 3. CRITERIOS Y NORMATIVA. 3 4. GENERALIDADES. 4 5. PROCESO DE MEDICION. 4 6. MEMORIA DE CALCULO. 7 7. SISTEMA PROPUESTO. 9 8. CONCLUSIONES. 14 9. ANEXO: IMÁGENES DE MEDICIÓN 15 1. INTRODUCCIÓN. El Presente documento contiene en detalle las mediciones de la resistividad de suelo y el procedimiento para obtenerlas a través del método Schlumberger, se analizan resultados obtenidos en terreno para encontrar las mejores características constructivas de una malla a tierra de Media Tensión para una potencia instalada de 1000kVA, proyectada en Santa Josefina Nº11861 comuna de San Bernardo. 2. OBJETIVO. El objetivo de esta memoria de cálculo es determinar la resistencia equivalente del terreno, para posteriormente diseñar una malla de puesta a tierra según la normativa eléctrica vigente, en específico el pliego técnico RIC Nº05 ‘MEDIDAS DE PROTECCIÓN CONTRA TENSIONES PELIGROSAS Y DESCARGAS ELÉCTRICAS’ y el pliego técnico RIC Nº06 ‘PUESTA A TIERRA Y ENLACE EQUIPOTENCIAL’. Como resultado de este dimensionamiento se contará con información confiable de las características de dicha malla para garantizar una instalación eléctrica segura. 3. CRITERIOS Y NORMATIVA. Para el análisis y verificación del SPAT se efectuó aplicando la siguiente normativa: ● Norma Chilena Pliegos Técnicos RIC 05 y 06. ● SEC, Superintendencia de Electricidad y Combustible. ● INN, Instituto Nacional de Normalización. En aquellos casos no cubiertos por las Normas y Leyes nacionales, las normas, códigos y reglamentos de instalación analizados, son los siguientes: ● IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers. ● IEEE ANSI/IEEE std. 80-2000, IEEE guide for safety in AC Substacion Grounding. ● IEEE std. 142-1991., IEEE Recommended Practice for grounding of Industrial and Comercial Power Systems. ● ANSI/IEEE std. 837-1989. IEEE Standars for Qualifying Permanent Connection Uses in SubStation Grounding. ● Guía de seguridad de puesta a tierra en subestaciones de corriente alterna, AIEE 4. GENERALIDADES. A continuación, se presentan los datos de la medición realizada en terreno: Ubicación geográfica del lugar donde se efectuó la medición: Sta. Josefina 11861, San Bernardo. Identificación del cliente: U.SE Profesional a cargo de la medición: Juan Patricio Rubilar Arriagada. Fecha de medición: 12 de abril, 2024 Condiciones climáticas: 15ºC, nublado. Cantidad de mediciones realizadas: Se efectuaron 12 lecturas en método Schlumberger con una distancia constante entre picas de potencial de 1 metro, para iterar la distancia de las picas de corriente en 1 metro por lectura. 5. PROCESO DE MEDICION. 5.1 Instrumento utilizado para la medición. El siguiente instrumento fue utilizado para realizar la medición de resistividad del terreno: • Probador de tierra digital AEMC MODEL 6471. Especificaciones técnicas: Descripción Marca Tipo Modelo Rango de Medición Voltaje VOC Error Resolución de lectura Telurómetro AEMC Digital 6471 0 - 100 kΩ 16 o 36 Vrms ± 2% + 1pt 0.01 Ω Tabla 1 – Especificaciones técnicas Figura 1- Instrumento utilizado 5.2 Método de medición. a) Para este estudio se realizaron mediciones de resistividad de terreno mediante el método de SCHLUMBERGER de 4 electrodos según el siguiente esquema de conexión: Figura 2 – Esquema de conexión b) Metodo Schlumberger, configuracion: • Se debe definir la distancia constante A y se introducen los electrodos o picas de potencial. • Se introducen los electrodos o picas de corriente a una distancia d desde el centro de la medición y se mide resistividad aparente desde el instrumento. • Se aumenta la distancia d, las picas de corriente de forma iterativa y se vuelve a calcular resistividad aparente para esta nueva medida. • Se repite el punto anterior, 11 iteraciones. 5.3 Medidas de resistividad. a) En la siguiente tabla se muestran los datos tomados en terreno: Medición A[m] D[m] RHO [ohm*m] 1 1 2 182 2 1 3 264 3 1 4 320 4 1 5 390 5 1 6 398 6 1 7 473 7 1 8 492 8 1 9 509 9 1 10 536 10 1 11 570 11 1 12 551 12 2 3 212 Tabla 2 – Medición de resistividad de terreno 5.4 Simulación. a) Las medidas de la tabla 2 se traspasan al Software IPI2WIN para luego proceder a comparar con las curvas patrones y determinar el número de capas, la resistividad de cada capa y su espesor, en la siguiente figura se muestran los resultados: Figura 3 – Curvas de resistividad b) En la siguiente tabla se demuestran los resultados de la simulación anterior: Capa Profundidad Altura Resistividad [OHM*m] 1 0,8088 0,8088 89,64 2 7,124 7,933 1013 3 Infinito - 532,4 Tabla 3 – Resistividades y espesores por capa o estratos 6. MEMORIA DE CALCULO. 6.1 Criterios de diseño. a) Para el diseño de la malla, se considera que esta deberá tener un valor de resistencia inferior a los veinte Ohms (20Ω), el cual es el valor máximo que debe tener un sistema de puesta a tierra, según norma eléctrica vigente. b) Las uniones del conductor de la malla se deberán realizar por medio de termo fusión, con una cantidad de colada de cobre obtenida en la reacción, suficiente para producir la fusión de los conductores, con una masa depositada que garantice una conductividad una conductividad del 100%de la capacidad del conductor. Esta unión deberá ser de gran estabilidad físico-química en el tiempo, y altamente resistente a las solicitaciones térmicas, eléctricas y mecánicas a las cuales pueda ser sometida. c) El tamaño del conductor para la puesta a tierra deberá estar dimensionado considerando las magnitudes máximas de duración en condiciones de cortocircuito. d) Se debe aplicar aditivo para darle mejora al terreno y protección al conductor. 6.2 Cálculo de la resistividad equivalente del terreno. La resistividad equivalente de las capas se calcula mediante la siguiente expresión: 6.3 Procedimiento de cálculo. Reemplazando en la expresión anterior: • • • • • • • • S he 𝑟 • • • • • • F1 F2 F3 =80m2 =0.6m =5.047545 =25,11 =57,013 =82,78 =145,06 =335,9 =24,62 =10,65454 =4,32 =0,1407 =0,759 =1 𝜌 (1 → 𝑚) =379,83[OHM*m] 6.4 Niveles de cortocircuito. Los siguientes datos fueron aportados por el mandante: • Primario = 3190 [A] • Secundario = 31,12[kA] • = 3530 [A] • = 0.5 [s] • = 20 [A] 7. SISTEMA PROPUESTO. 7.1 Datos a considerar: Largo Ancho Área Reticulado Largo del conductor Conductor Varillas Profundidad de enterramiento Unión Aditivo : : : : : : : : : : 20m. 4 m. 80 m. 1x1 m. 196 m. CU. Desnudo 85 mm2. 36 barras copperweld ½’’ 1 m. 0,6 m. Termofusión. Terra Gel. Figura 4 – Layout de malla en jardín 7.2 Cálculo de resistencia de malla, ecuación general IEEE STRD 80. En donde: S: Área de la malla he: Profundidad de enterramiento Lt: Largo total conductor : Resistividad (Ω - m) Reemplazando en la expresión anterior: =18,74 Ω La resistencia teórica del sistema de puesta a tierra propuesto en el terreno medido es de 18,74 ohm. 7.3 Cálculo de sección del conductor de la malla a tierra. El tamaño del conductor del sistema de puesta a tierra, se dimensiona para que este soporte la corriente asimétrica de falla. Su sección depende proporcionalmente del valor de decremento de la componente de corriente continua en una corriente de falla, la corriente máxima de falla monofásica a tierra en el secundario, la constante de temperatura de fusión, el tiempo de operación en la cual se despeja la falla y el factor de crecimiento, que representa una expectativa de aumento de potencia del sistema eléctrico en intervención por el sistema de puesta a tierra proyectado. Tabla 4 – Factores D Corriente de falla máxima: De la tabla anterior, para una falla común a tierra = 20, Top=0.5[s]; el factor de decremento es 1,03. Además, el factor de crecimiento es unitario debido a que la malla proyectada final es para una potencia instalada total de 1000kVA. 𝐼𝑓 = 𝐷𝑓 ∗ 𝐼𝑐𝑐 ∗ 𝑓𝑐 𝐼𝑓 = 1,03 ∗ 31,12𝑘𝐴 ∗ 1 = 32,054𝑘𝐴 En donde: Df: Factor de decremento. If: Corriente de falla máxima. Icc: corriente de falla monofásica a tierra en el secundario. Fc: Factor de Crecimiento. Sección del conductor: 𝐴 = 𝐼𝑓 ∗ 𝐾𝑓 ∗ 𝑇𝑜𝑝 𝐴 = 32,054𝑘𝐴 ∗ 7,06 ∗ 0,5𝑠 = 160,02 𝐾𝑀𝐶 En donde: A: Sección en kilo circular mils If: Corriente de falla máxima. Kf: Coeficiente de fusión del cobre. Top: Tiempo de operación de despeje de falla. 160 KMC equivalen a 81, 082 mm2 por lo tanto el calibre de conductor más cercano es el de 3/0 AWG y cumple con soportar la corriente asimétrica de falla. 7.4 Cálculo de Condiciones de Seguridad contra Tensiones Peligrosas. a) Tensión de paso tolerable persona 70 kilogramos. 𝑉𝑝𝑎𝑠𝑜 70𝐾𝑔 = (1000 + 6 ∗ 𝐶𝑠 ∗ ⍴𝑠) 𝐶𝑠 = 1 − 0,09 ∗ (1 − 0,157 𝑇𝑜𝑝 ⍴ ⍴𝑠 ) 2 ∗ 𝐻𝑠 + 0,09 En donde: Cs: Factor de Corrección resistividad efectiva del pie. : Resistividad del suelo. : Resistividad de la superficie. Top: Tiempo de operación de despeje de falla. Hs: Espesor del material de superficie. Datos: ⍴ =379,83Ω*m ⍴s = 2000 Ω*m Hs = 0,6 m; Top = 0,5 S Remplazando estos datos en la formula, Cs tiene el valor de 0.94 y Vpaso es 2726,55v b) Tensión de Contacto tolerable persona 70 kilogramos. Vcontacto 70Kg = (1000 + 1,5 ∗ Cs ∗ ⍴s) 0,157 Top Remplazando los datos presentados anteriormente en la formula, el Vcontacto es 848,16v c) Tensión de malla en caso de falla En donde: IG: Corriente Gradiente : resistividad del suelo : Factor Geométrico Malla Ki: Factor de Corrección por Geometría de la Malla Kh: Factor de corrección por profundidad de enterramiento. Lc: Largo Conductor Horizontal Lv: largo electrodo L1: Espesor del material de superficie L2: Espesor del material de superficie N: número de electrodos n: factor de geometría de malla D: Distancia entre Conductores d: Diámetro Conductor equipotencial h: Profundidad de enterramiento. Datos: = 606,1 A Ki = 2,112 Kh= 1,265 Kii=1 Lv=1m Lc=178m L1=10m L2=8m N=18 D=1m d=0.0134 h=0.6m n=9,92 Remplazando estos datos en la formula, Km tiene el valor de 0.3423 y el valor de voltaje de malla 801,64V. TRISKELES LTDA. PROYECTOS E INGENIERIA En donde: IG: Corriente Gradiente : resistividad del suelo Ki: Factor de Corrección por Geometría de la Malla Ks: Factor de espaciamiento. Lc: Largo Conductor Horizontal Lv: largo electrodo N: número de electrodos D: Distancia entre Conductores h: Profundidad de enterramiento. Remplazando estos datos en la formula, Ks tiene el valor de 0,783 y el valor de voltaje de paso es de 2558,5V. ❖ Vpaso<Vpaso tolerable 2558,5<2726,55 [V] ❖ Vcontacto< V contacto tolerable 801,64<848,16 [V] Por lo tanto, se cumplen las condiciones de seguridad frente a tensiones peligrosas según Pliego Técnico Ric nº06 Anexo 6.1 8. CONCLUSIONES. • El valor de la resistencia a tierra proyectada cumple con la normativa eléctrica vigente. • En definitiva, el análisis realizado a través del presente informe, nos indica que la malla de puesta a tierra cumple con las normativas actuales, para su posterior construcción e instalación en la zona requerida. _______________________________________________________________________________________________ Triskeles Ltda, Jose Asenjo 6930, La Cisterna, Fono 56989980213 [email protected] 14 / 17 TRISKELES LTDA. PROYECTOS E INGENIERIA Diseñó Revisó Aprobó Juan Rubilar A. Mauricio Serrano Fabián Peña Licencia SEC Clase A 19.995.851-8 9. ANEXO: IMÁGENES DE MEDICIÓN _______________________________________________________________________________________________ Triskeles Ltda, Jose Asenjo 6930, La Cisterna, Fono 56989980213 [email protected] 15 / 17 TRISKELES LTDA. PROYECTOS E INGENIERIA _______________________________________________________________________________________________ Triskeles Ltda, Jose Asenjo 6930, La Cisterna, Fono 56989980213 [email protected] 16 / 17 TRISKELES LTDA. PROYECTOS E INGENIERIA _______________________________________________________________________________________________ Triskeles Ltda, Jose Asenjo 6930, La Cisterna, Fono 56989980213 [email protected] 17 / 17
