Cálculo y Diseño de Puestas a Tierra en Centros de Transformación

1. Cálculo de la Corriente de Defecto (Id)

1º- I_d = U / √3 * √R_T² + X_n²
R_T * I_d <= V_bt
I_d = √3 * U * (ω * C_a * L_a + ω * C_s * L_s)
√1+ (ω * C_a * L_a + ω * C_s * L_s)² * (3R_T)² (Aéreo y Subterráneo)

2º- R_T = K_R * Resistividad del terreno

3º- Mirar tabla y seleccionar el valor inferior y obtener K_R, K_P, K_C.

4º- Recalcular I_d y R_T con el nuevo valor de K_R. Id (fórmula larga) Rt (pequeña)

5º- V_R = K_R * ρ * I_d / V_P = K_P * ρ * I_d / V_C = K_C * ρ * I_d (I_d nuevo)

6º- t = K / (I_d : I_A)ⁿ -1
t = t₁ + t₂

7º- Mirar tabla y seleccionar los valores de k y n que estén entre los que resultaron.

8º- V_CAD = K / tⁿ * (1 + 1,5ρ / 1000)
V_CAD = 10K / tⁿ * (1 + 6ρ / 1000)
V_PADCAD = 10K / tⁿ * (1 + (3ρ + 3ρ'' / 1000))

9º- Conclusión: V_CM <= V_CAD // V_PM <= V_PAD // I_d >= I_A // U_d < V_BT
U_d = R_T * I_d // La condición a) no se suele cumplir, si alguna de las otras no se cumple, en la tabla de K_R se selecciona la mejor configuración (8 picas y máxima profundidad) y se recalcula todo con esos valores.

2. Consideraciones Adicionales

1. Tenemos que añadir un mallazo electrosoldado de redondos de diámetro 4mm con retícula 0,30 x 0,30 m cubierto por una capa de hormigón de 10 cm conectado a dos puntos opuestos del electrodo de puesta a tierra de protección del CT.
2. Las puertas y rejillas metálicas que dan al exterior del centro no tendrán contacto eléctrico con masas conductoras susceptibles de quedar sometidas a tensión debido a defectos o averías.

3. Definiciones Clave

- Tensión a Tierra (V_T): Es la diferencia de potencial que se establece entre un electrodo de puesta a tierra y un punto a potencial 0, cuando a través del electrodo se difunde una I_d.

- Tensión de Defecto (V_D): Es la tensión que aparece a causa de un defecto de aislamiento entre dos masas, entre masa y un elemento conductor o entre una masa y tierra.

- Tensión de Contacto (V_C): Fracción de la tensión a tierra que puede ser puenteada por la persona entre la mano y el pie, cuando se produce el funcionamiento de la instalación de puesta a tierra.

- Tensión de Contacto Aplicada (V_CA): Es la parte de la tensión de contacto que resulta directamente aplicada entre dos puntos del cuerpo humano, considerando todas las resistencias que intervienen en el circuito y estimándose la del cuerpo humano de 1000 ohmios.

- Tensión de Paso (V_P): Es la parte de la tensión a tierra que puede ser puenteada por un ser humano entre los dos pies.

- Tensión de Paso Aplicada (V_PA): Es la parte de la tensión de paso que resulta directamente aplicada entre los dos pies, teniéndose en cuenta todas las resistencias que intervienen en el circuito, incluyendo los 1000 ohmios del cuerpo humano.

- Tensión a Tierra Transferida (V_tT): Es la tensión a tierra que aparece en las masas y elementos metálicos de una instalación de puesta a tierra como consecuencia del funcionamiento de otra instalación de puesta a tierra.

- Tensión de Contacto y de Paso Transferida (V_cT, V_pT): Es la tensión de contacto o de paso que puede aparecer en un lugar provocada por el funcionamiento de otra instalación de puesta a tierra.

4. Elementos Conectados a Tierra

- Elementos que se conectan a tierra: Neutros de generadores y de transformadores, elementos de protección como pararrayos y las masas, que son el conjunto de partes metálicas de un aparato o instalación eléctrica que en condiciones normales están aislados de las partes activas, pero que son susceptibles de ser puestas bajo tensión por fallos de aislamiento o por accidentes.

- Cuando aparece algún defecto de aislamiento en alguna fase se producen las siguientes variaciones:

1. Circula una corriente de defecto por la fase averiada y por los conductores de tierra.
2. La suma vectorial de las corrientes que circulan por los conductores activos de la instalación deja de ser = a 0.
3. La tensión entre las masas y tierra deja de ser 0.

- En un CT debemos poner a tierra:

a) Las masas de MT: Se pondrán a tierra todas las masas situadas en el recinto del CT como los pararrayos y secundarios de transformadores.

b) Todos los elementos conductores del equipo de BT como canalizaciones, armazón de cuadros, carcasas de aparatos... se conectarán a tierra del centro siempre que se den las condiciones de seguridad.

c) Se pondrá a tierra el neutro del transformador en sistemas de distribución que lo precisen, por lo general, esta puesta a tierra será separada de la de protección.

5. Puesta a Tierra en AT

- La puesta a tierra en AT consta de:

1. Líneas de tierra: Están constituidas por los conductores que unen los electrodos de puesta a tierra con los elementos que deben quedar puestos a tierra, los conductores deben instalarse procurando que su recorrido sea lo más corto posible, se recomiendan conductores desnudos instalados de forma visible, tendrán una resistencia mecánica adecuada y una elevada resistencia a la corrosión, su sección será tal que en caso de defecto o descarga atmosférica, la máxima corriente que pueda circular por ellos no los lleve a una temperatura próxima a la de fusión o que pueda poner en peligro empalmes y conexiones, en ningún caso será inferior a 25 mm² para cobre y a 50 mm² para acero.
2. Electrodos de puesta a tierra: Están muy normalizados, se utilizan electrodos tipo ya que simplifican la tarea de diseño ya que permite obtener los parámetros que definen el comportamiento de la instalación de tierra. La configuración del electrodo que se adopta es la de anillo rectangular o un electrodo longitudinal con picas en hilera, instalado en el exterior del CT.

6. Resistividad del Terreno (ρ)

- Resistividad del terreno (ρ): Resistencia que presenta un cubo de terreno de 1 metro de arista entre dos caras opuestas. En ella influyen los siguientes factores:

a) Naturaleza del terreno: Es necesario investigar las características del terreno para realizar el proyecto de la instalación a tierra aunque en las instalaciones de tercera categoría basta el examen visual del terreno. No obstante, el método de UNESA establece que debe ser medida la resistividad del terreno, para ello puede utilizarse el método de las 4 picas.

b) Contenido en sales: Cuanto mayor sea el contenido en sales menor será la resistividad.

c) Humedad: Cuanto mayor es la humedad del terreno menor es su resistividad, ya que al aumentar el contenido de agua se favorece la formación de electrolito.

d) Temperatura: Al aumentar la temperatura del terreno aumenta la solubilidad de las sales y por tanto disminuye su resistividad.

e) Estratigrafía: Los electrodos deberán enterrarse a la profundidad que corresponda a la capa de menor resistividad.

f) Estacionalidad: A lo largo de un año las variaciones climatológicas producen alteraciones en la humedad y temperatura del terreno.