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• Richard Hernan Reyes Jara

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MEMORIA DE CALCULO MALLA TIERRA B.T

1

Contenido 1.

Especificaciones generales. ................................................................................................. 3

2.

Alcances............................................................................................................................... 3

3.

Normas y estándares afines. ............................................................................................... 4

4.

Estudio de resistividad de terreno. ..................................................................................... 5

5.

Gráfico de comparación Orellana – Mooney. ..................................................................... 7

6.

Criterios de diseño. ............................................................................................................. 9

7.

Método de cálculo............................................................................................................. 10

8.

Resumen resultados: ......................................................................................................... 13

9.

SPT Protección y Servicio. ................................................................................................. 14

10.

Conclusión. .................................................................................................................... 14

11.

Notas. ............................................................................................................................ 15

2

1. Especificaciones generales. El presente Informe contempla la instalación del sistema de Puesta a Tierra de Protección para la obra denominada Edificio Martin Lutero, ubicado en Temuco. Se entregarán los datos e información respectiva de la medición, cálculo y justificación de la malla a tierra que serán instaladas en la obra ya mencionada.

2. Alcances. Cada sistema corresponde a un sistema de puesta a tierra en baja tensión desde donde se obtendrán las puestas a tierra de servicio y protección para cargas normales. El sistema de puesta a tierras de baja tensión tendrá una resistividad máxima de 5 Ω de acuerdo a los requerimientos de la normativa vigente Chilena Nch. 4/2003.

3

3. Normas y estándares afines. Las Normas y estándares considerados para el análisis del sistema de puesta a tierra, son los siguientes:  Norma Chilena NChElec. 4/2003. Instalaciones de Consumo en Baja Tensión.  SEC, Superintendencia de Electricidad y Combustibles.  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.80-1986, IEEE Guide for Safety in AC Sub Station Grounding.  ANSI/IEEE Std.81-1983, IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance and Earth Surface Potentials of a Ground System.  NEC, National Electric Code Articulo N° 250. El sistema de puesta a tierra ha sido diseñado con el objeto de evacuar a tierra los distintos tipos de fallas de acuerdo a su naturaleza los cuales son baja resistencia, control de gradientes de potencial, etc. Manteniendo la Equipotencialidad en el Sistema. Cumplir con lo anterior nos permite asegurar el correcto funcionamiento de equipos y por sobre todo entregar una instalación segura para el usuario.

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4. Estudio de resistividad de terreno. 4.1 Datos generales. Pedro Pérez

Profesional a cargo: Ubicación:

Temuco

Método medición: Instrumento: Cantidad de mediciones: Fecha: Condiciones climáticas:

Schlumberger Megger 20 5 noviembre 2018 Despejado

4.2 Esquema mediciones configuración Schlumberger.

Esta configuración los dos electrodos de potencial se disponen simétricamente con respecto al centro de medición elegido. Los electrodos de corrientes se ubican también simétricamente con respecto al centro de medición y a una distancia variable. Durante la serie de medidas, los electrodos de potencial permanecen fijos trasladándose solo los de corrientes.

Figura 1: Método de los cuatro electrodos de Schlumberger

4.3 Fórmula utilizada configuración de Schlumberger.

𝜌 = 𝜋 ∗ 𝑛 ∗ (𝑛 + 1) ∗ 𝑎 ∗ 𝑟 Donde:     

𝜌: 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑒𝑟𝑟𝑒𝑛𝑜 (Ω ∗ 𝑚). 𝑟: 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑖𝑛𝑑𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑟𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑐𝑖ó𝑛 (Ω). 𝐷 ⁄2 : 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑢𝑛 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑑𝑜 𝑚ó𝑣𝑖𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑦 𝑒𝑙 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑐𝑖ó𝑛 (𝑚). 𝑎: 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑑𝑜𝑠 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠 𝑓𝑖𝑗𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑎𝑙 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑐𝑖ó𝑛 (𝑚). 𝑛: 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑢𝑛 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑑𝑜 𝑓𝑖𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑦 𝑢𝑛 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑑𝑜 𝑚ó𝑣𝑖𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 (𝑚).

5

4.4 datos del terreno.

Los datos que entrega el instrumento que se utiliza para el sondeo de terrenos, son valores de resistencia en Ohms del suelo, en función de la separación de los electrodos. Los datos de separación de electrodos y resistencia indicada por el instrumento, deben insertarse en las ecuaciones que permiten determinar una resistividad que no representa la definitiva del terreno, si no que un valor aparente, es decir a este valor se le llama Resistividad Aparente. Para el desarrollo se empleó el método de Schlumberger, la separación de los electrodos de Medida establece normalmente las siguientes secuencias en metros (n). N° Medición

Separación "L"

Separación "a"

n

n+1

R Medición

ρ

1

0.6

1

0.1

1.1

701

242

2

0.8

1

0.3

1.3

278

341

3

1

1

0.5

1.5

169

398

4

1.5

1

1

2

54.1

340

5

2

1

1.5

2.5

21.2

250

6

2.5

1

2

3

13.28

250

7

3

1

2.5

3.5

8.54

235

8

4

1

3.5

4.5

4.77

236

9

5

1

4.5

5.5

3.21

250

10

6

1

5.5

6.5

2.25

253

11

7

1

6.5

7.5

1.66

254

12

8

1

7.5

8.5

1.27

254

13

9

1

8.5

9.5

1

254

14

11

1

10.5

11.5

0.65

247

15

12.5

1

12

13

0.46

225

16

15

1

14.5

15.5

0.28

198

6

17

17.5

1

17

18

0.19

183

18

20

1

19.5

20.5

0.13

163

19

25

1

24.5

25.5

0.06

118

20

30

1

29.5

30.5

0.04

113

Los terrenos, en general se componen de varios estratos horizontales o con cierta inclinación, compuestos de materiales de distinta construcción por lo que su resistividad varía notoriamente con la profundidad. Es importante que en el lugar de medición este alejado de zonas con pendientes pronunciadas, idealmente medir en la cota donde realmente se va a construir la puesta a tierra.

5. Gráfico de comparación Orellana – Mooney. El método utilizado en nuestro medio como en el extranjero, es el “Método de las Curvas Patrones”, esta forma de interpretación de las medidas de resistividad de terreno, es la más exacta y recomendada. Consiste en realizar una comparación entre una gráfica confeccionada con los datos obtenidos de las mediciones en terreno, versus un set de curvas patrones o Standard construidas para diversas combinaciones de diferentes estratos. Al analizar los valores obtenidos de resistividad nos damos cuenta que el terreno es de 4 capas. Al realizar el análisis correspondiente y superponer las diferentes curvas posibles y compararlas con la curva terreno, tenemos la curva HK-1 (I), véase la siguiente figura. 5.1 Curva de campo.

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5.2 Análisis y resultados.

Del análisis comparativo que se adjunta entre las curvas patrones de Orellana - Mooney y la curva de terreno, se obtiene la siguiente configuración geo-eléctrica: 42 HK-1 I 1 - 0.2 - 1 - 0.01 1 – 1-5

Numero de lamina Familia de curva curva a-b-c-d E1-E2-E3

Por lo expuesto se tiene que el terreno en estudio presenta los siguientes valores en cada una de sus capas geo-eléctricas:

ρ (Ω*m) Profundidad (m)

Primera capa

Segunda capa

Tercera capa

Cuarta Capa

465 0.95

93 0.95

465 4.75

4.65 10000

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6. Criterios de diseño. A. Cumplir con lo establecido, según normativa eléctrica vigente NCH Elec.4/2003. B. La resistencia de puesta a tierra, debe poseer un valor adecuado para que en condiciones de falla monofásica, permita la circulación de una corriente a tierra con una magnitud tal, que asegure la operación de las protecciones. C. El tiempo de operación de las protecciones debe ser el máximo permitido, para asegurar que una corriente de falla a tierra no provocara efectos indeseados a las personas en caso de circular una corriente eléctrica, por contacto indirecto, al hacer contacto con algún equipo cuya estructura metálica quede energizada al presentarse alguna falla o al hacer contacto directo. D. Las uniones del conductor de la malla se deberán realizar por medio de termofusión, 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 del 100% de la capacidad del conductor. E. Esta unión obtenida 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. F. El tamaño del conductor para la puesta a tierra deberá estar dimensionado considerando las magnitudes máximas de duración en condiciones de cortocircuito.

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7. Método de cálculo. El valor de la resistividad equivalente, se determinara utilizando el método de Burgsdorf Yacobs, el cual establece que el valor de la resistividad equivalente de un terreno (ρe ) está dado por la siguiente expresión :

𝜌𝑒 =

𝐹3 1 1 1 (𝐹1 − 𝐹0 ) + (𝐹2 − 𝐹1 ) + ∗ ∗ 𝜌1 𝜌2 𝜌3 ∗ (𝐹3 − 𝐹2) )

(Ω − 𝑚)

El área o superficie encerrada por un perímetro de la malla, que corresponde a un círculo de radio r (Radio equivalente de la malla), y el valor que se calcula mediante la expresión:

𝑟=√

𝑆 𝜋

Donde:  

𝑟: 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑜 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑙𝑙𝑎 (𝑚). 𝑆: 𝑆𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑎 𝑎 𝑡𝑖𝑒𝑟𝑟𝑎 (𝑚2 ).

Valores Intermedios Variable auxiliar 𝑟02 y 𝑞02 de la malla: 𝑞02 = 2 ∗ 𝑟 ∗ (𝑟 + ℎ) 𝑟02 = (𝑟)2 − (ℎ)2 ∗ 𝑟02 Donde:  

𝑟: 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑙𝑙𝑎 (𝑚). ℎ: 𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎 𝑙𝑎 𝑐𝑢𝑎𝑙 𝑠𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑖𝑒𝑟𝑎𝑎 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑙𝑙𝑎 (𝑚).

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𝑉1 2 =

1 ∗ [𝑢1 − √𝑢1 2 − 4 ∗ 𝑞0 2 ∗ 𝑟0 2 ] 2

𝑉2 2 =

1 ∗ [𝑢2 − √𝑢2 2 − 4 ∗ 𝑞0 2 ∗ 𝑟0 2 ] 2

𝑉3 2 =

1 ∗ [𝑢3 − √𝑢3 2 − 4 ∗ 𝑞0 2 ∗ 𝑟0 2 ] 2

Donde: 𝑢1 = 𝑞0 2 + 𝑟0 2 + ℎ1 2 𝑢2 = 𝑞0 2 + 𝑟0 2 + ℎ2 2 𝑢3 = 𝑞0 2 + 𝑟0 2 + ℎ3 2 Para un terreno de tres estratos: 𝐹1 = √1 −

𝑉1 2 𝑟0 2

𝐹2 = √1 −

𝑉2 2 𝑟0 2

𝐹3 = √1 −

𝑉3 2 𝑟0 2

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Reemplazando los valores de las resistividades y profundidades de los estratos presentes, obtenidos mediante el estudio geo-eléctrico del suelo, la ecuación anteriormente descrita se tiene que: Resistividad Equivalente del Terreno Malla T.p. ρ= 21.402 (Ω*m)

Configuración T.p.

8m 5m 0.6 m 1m 33.6 mm²

Lado A: Lado B: Profundidad enterramiento (h): Reticulados: Sección:

7.1 Resistencia de la malla método de Schwarz.

Para el cálculo de la resistencia de la malla de tierra, aplicando el método de Schwarz, se establece que la resistencia de una malla está dada por las siguientes expresiones:

𝑅𝑀 =

𝜌𝑒 2∗𝐿 𝐾1 ∗ 𝐿 ∗ [ln ( )+ − 𝐾2 ] (Ω) 𝜋∗𝐿 √𝑆 √ℎ ∗ 𝑑 𝐾1 = 1,43 −

𝐾2 = 5,5 −

2,3 ∗ ℎ √𝑆

8∗ℎ √𝑆

𝐴 − 0.044 ∗ [ ] 𝐵

+ {0,15 −

ℎ

𝐴 }∗[ ] 𝐵 √𝑆

Donde:  𝜌𝑒 : 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑒𝑟𝑟𝑒𝑛𝑜 (Ω − 𝑚).  𝐿: 𝑙𝑎𝑟𝑔𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑙𝑙𝑎 (𝑚).  ℎ: 𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑒𝑟𝑟𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑙𝑙𝑎 (𝑚).  𝑆: 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑙𝑙𝑎 (𝑚2 ).  𝐴: 𝐿𝑎𝑑𝑜 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑡𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 (𝑚).  𝐵: 𝐿𝑎𝑑𝑜 𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑡𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 (𝑚).  𝐷: 𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟 (𝑚). Al reemplazar los valores en las ecuaciones precedentes, se tiene: Identificación

K1

K2

Resistencia Schwarz (Ω)

Resistencia de Puesta a Tierra T.p.

1.141

4.829

1.461 12



Esquema para malla B.T. propuesto: MALLA DE PUESTA A TIERRA T.p. y T.s. Área

40 m²

Lado A

Reticulado B

8m 5m 1m 1m

Conductor

Cable de Cu desnudo

Sección longitud

33.6 mm² 93 m

Unión

Termofusión

Profundidad

0.6 m Camarilla concreto 110 mm con tapa

Lado B Reticulado A

Cámara de registro Con aditivo

Aditivo

Erico GEL

Moldes

TAC – 1Y1Y Carga: 45 / XAC – 1Y1Y Carga: 65

8. Resumen resultados: MEDICIÓN EN TERRENO

Profesional a Cargo Medición Ubicación Método de medición Instrumento Cantidad de Mediciones Fecha Condiciones climáticas

Pedro Pérez Temuco Schlumberger Megger 20 05 Noviembre 2018 Despejado

CURVA GEOELÉCTRICA

a-b-c-d

42 HK-1 1 - 0.2 - 1 - 0.01

E1-E2-E3

1-1–5

𝝆𝒂𝒖𝒙

465 0.95

Numero de lamina Familia de curva

CRUZ DE CAMPO

𝑬𝒂𝒖𝒙

(Ω•m) (m)

13

CÁLCULOS

𝝆𝟏 𝝆𝟐 𝝆𝟑 𝝆𝟒 𝑬𝟏 𝑬𝟐 𝑬𝟑 𝑬𝟒 𝝆𝒆𝒒 K1 K2 Rms

465 93 465 4.65 0.95 0.95 4.75 10000 21.402 1.141 4.829 1.461

(Ω•m) (Ω•m) (Ω•m) (Ω•m) (m) (m) (m) (m) (Ω•m)

(Ω)

MALLA PROPUESTA

Sección

8 5 40 0.6 1 33.6

Tipo conductor

Cable de Cu desnudo

Longitud conductor

93

Tipo de unión

Termofusión

Cámara de registro

Camarilla concreto 110 mm con tapa

Tipo de Aditivo

Erico GEL

Lado A Lado B Área Profundidad enterramiento (h) Reticulado

(m) (m) (𝑚2 ) (m) (m) (𝑚𝑚2 ) (𝑚2 )

9. SPT Protección y Servicio. Para el lado de BT, la resistencia de puesta a tierra debe tener un valor menor a 5 Ω para la malla de protección, tiene un valor de 1.46148232897063 Ω. Cumpliendo con la norma. Además, la sección mínima aceptada por esta norma es de 21.2 mm², siendo la sección de 33.6 mm² (Para la malla de T.P.), también cumple este punto.

10. Conclusión. En consecuencia, el análisis realizado a través de los cálculos representados en este informe, nos indica que el valor de resistencia del sistema de puesta a tierra B.T. es inferior al máximo permitido, por lo tanto, el diseño de la malla de puesta a tierra cumple con las condiciones exigidas por la normativa eléctrica vigente. 14

11. Notas. Se deberá considerar para el mejoramiento del terreno la aplicación del siguiente compuesto para la reducción de la resistencia de puesta a tierra si fuera necesario en la malla de B.T. GEM25 (ERICO): Con una dosis cada tres metros lineales de conductor respetando las indicaciones dadas por el fabricante. Se deberá realizar, para la ejecución, el mismo procedimiento de inspección, medición de resistividad de terreno, cálculos de las mallas y medición de la resistencia de las mallas a tierra. Esto debido a que en terreno el emplazamiento de estas estará despejado y será el lugar definitivo (niveles y ubicación), lo cual puede variar la naturaleza del terreno. En definitiva, el contratista eléctrico deberá considerar en su propuesta un rediseño de la malla de tierra, si el nuevo estudio así lo determina. La construcción de la malla de tierra debe ser cuidadosamente inspeccionada con el objeto de obtener los resultados expresados en esta memoria de cálculo. Se deberán verificar uniones. Los materiales que deberá proporcionar el contratista de montaje serán debidamente inspeccionados.

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