1. Cuadernillo Malla Tierra

7/24/2019 1. Cuadernillo Malla Tierra

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CUADERNILLOCon EJERCICIOS y EJEMPLOS

RESUELTOS

COMPLEMENTO DEL LIBRO

Estudio y Diseo de Malla a Tierra BT y MT

ING. DANIEL HENRIQUEZ SANTANA


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CUADERNILLO

Con EJERCICIOS y EJEMPLOS

RESUELTOS

______________

RESOLUCIN DE EJERCICIOS Y EJEMPLOS QUE LO AYUDAR A UNA

MEJOR COMPRENSIN CONCEPTUAL Y PRACTICA DEL

ESTUDIO Y DISEO DE MALLA A TIERRA


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INDICE DE CONTENIDOS

Pagina

1. GUIA EJERCICIOS N 1 ( 15 ejercicios )...1

2. SOLUCIONES GUIA EJERCICIOS N 1....4

3. CALCULO MALLA CON BARRAS VERTICALES.15

4. GUIA EJERCICIO N 2 ( Resistividad Terreno ).16

5. SOLUCION GUIA EJERCICIO N 2.17

6. EJEMPLO ( TRABAJO PRACTICO ).19

7. CONCLUSIONES .26

GUIAS RESUELTAS POR: Alumnos participantes a Seminario

REVISADO POR: Ing. Daniel Henrquez Santana


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ESTUDIO y DISEO DE M LL TIERR BT y MT

WWW.DHSING.CL INGENIEROS RELATORES

GUIA DE EJERCICIOS N 1

1.Cual debe ser la Resistencia de Puesta a Tierra(RPT) de una instalacin elctrica en unlocal hmedo, si se utiliza como proteccin un disyuntor de 16A curva C, instalado en untablero de distribucin A/F. Vea Norma SEC NCH4-2003 aplique Tabla 10.22 . Rpta : 0,43ohm.

2.Considere el mismo caso anterior, pero agregue al tablero de distribucin una proteccinms sensible. Considere un Protector Diferencial de 25 A y 30ma de sensibilidad. Vea

Norma SEC. Cual ser ahora la exigencia mnima para la resistencia de puesta a tierra quepermita hacer funcionar sta nueva proteccin .Rpta : 800 ohm.

3.Cul es la Corriente de cortocircuitoen un Tablero Elctrico , si la impedancia de falla Zes de 0,5 ohm y la alimentacin es de 220V/50Hz. Suponga una instalacin de fuerza yaplique un factor de asimetra de 1,2.Rpta : 744 amperes

4.Determine el Voltaje de Contactoal cual queda expuesto un usuario de una lavadora deropa con carcaza metlica conectada a tierra de proteccin, si la resistencia de falla deaislamiento entre fase y carcaza es de 28 ohm (por envejecimiento) y la resistenciapuesta a tierraRPT, es de 12 ohm. Considere una alimentacin de 220V/50Hz. Rpta : 66Volts AC.

5. Segn Norma SEC NCH4-2003 Aplique Tabla 10.24, si se disea un electrodo enmalladode 10 mt, ( 2mtx1mt con 4 verticales y 3 horizontales )seccin mnima de 16mm2,entrerrado en un suelo de resistividad especifica de 100 ohmxmt, cual ser la rpt delsistema.Rpta : 20 ohms

6. Si el mismo diseo de electrodo del caso anterior, es instalado en un terreno pero conresistividad de 45 ohm x mt estime el valor de la resistencia de puesta a tierra .Rpta : 9ohm.

7. Calcular la seccin mnima que debe tener un cable de cobre desnudo y que formarparte de un electrodo malla tierra servicio que estar expuesto a una corriente decortocircuito FASE-NEUTRO de 1.500 amperes y la curva caracterstica del FUSIBLE indicaque operar a 3 segundos. Se usar unin pro TERMOFUSIN. Respta : 9,2 mm2 comomnimo.

8. Compruebe y explique basado en la Leyes de Kirchoff el funcionamiento del circuitoequivalente de una proteccin diferencial en una Instalacin Elctrica.

9.Cual es la Resistencia puesta a tierra de un ELECTRODO VERTICAL si instalamos en unterreno que tiene una resistividad equivalente 100 ohmxmt y ste es de Cu y tiene un largode 1,5mt y un radio de 7,94mm. Respuesta : 62,9 ohm ( vea tabla resistencia de esteelectrodo en Norma SEC ).

PAG N 1


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10.En un edificio de 14 pisos y 15 dptos por piso, determine lo siguiente : ( considere: sicada tablero de distribucin de los departamentos tiene 2 diferenciales 2x25A/30ma paraproteccin indirecta zona seca y 5 tableros con 3 diferenciales para Servicios Comunes :

A ) Cual ser la corriente mxima de fuga a tierra que eventualmente pudiera existir?Rpta :13,05Amperes

B )Calcule segn SEC 4/2003 la resistencia puesta a tierra Rpt necesaria para unelectrodo de Malla puesta a tierra. Respuesta : Rpt = 3,83 ohm

C ) A que voltaje queda sometido un usuario del edificio a travs de las carcaza delos equipos si eventualmente ocurriera A ). Respuesta : 49,9Volts que es menor que 50Vexigido por Norma.

D ) A que voltaje queda sometido un usuario del edificio a travs de las carcaza delos equipos si ocurriera que un equipo fugar a tierra de proteccin 40ma. Respta : 0,115

Volts ( cumple norma )

E )Comente: Qu sucede si los artefactos conectados en forma permanente a la I.E.aumentan su corriente de fuga a niveles superiores al mximo permitido que es 1 ma ?.Esto es comn que suceda, a medida que los aos transcurren por envejecimiento de losartefactos y la IE.

F ) Qu sucede si la resistividad del terreno sube . Comente a los menos 3 efectos atener presente.

11. ELECTRODO DE MALLA :

Calcular la resistencia puesta a tierra Rpt de una malla de proteccin usando el mtodo deLAURENT. Los datos de la malla son :

Electrodo de 4 x 4 mt Seccin cable de cobre desnudo : 35 mm2

Profundidad de la malla he : 0,6 mt Resistividad del terreno : 43 ohm x mt

Respta : 6,54 ohm

12.Efectuar el calculo de la Rpt de la malla en base a los datos del ejercicio anterior, por elmtodo de SCHWARTZ.Mtodo exacto. Respta : 4,9 ohm

13.Si se entierra una Barra de CU de 1,5 mt de seccin 5/8 determine la Rpt instalada enun terreno de 43 ohm x mt. Respta : 27, 1 ohm

14. UseExcel CALC EM 1

y proceda a calcular los electrodos de los ejercicio 13, 12 y 11.

15. UseExcel CALC EM 1 Y CALCULE resistencia puesta a tierra del Electrodo mostrado

en la pagina siguiente.

PAG N 2


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Union termofusion Cadwel

Camarilla de inspeccion

Seccion del conductor 85

CON ADITIVO QUIMICO

20 mts

5 mts

ESQUEMA DE ELECTRRODO MALLA BT Y MT

10 mts

RESISTIVIDAD DEL TERRENO : 73 ohms x metro

RESPUESTA : 2,62 ohm SEGN SCHWARZ

RESPUESTA : 2,95 ohms segn LAURENT

PAG N 3

EJERCICIO 15


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PAG N 4


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PAG N 6


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PAG N 7


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PAG N 9


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AYUDA DIDACTICA

CURSO ESTUDIO Y DISEO DE MALLA A TIERRA BT y AT http://www.dhsing.cl/

r 2,26 radio equivalente malla (mt)

Lm 24 Longitud del conductor (mt)

#NUM! 43 Resistividad eq del terreno ( ohmxmt)

Rpt 6,55

RptL

N barras M 3 lado A

N barras m 3 4 mts

4 12

4 12

Lm

24

mm2

21,2

lado B 4 mts 26,7

33,6

42,453,5

67,4

85

RmL = eq eq

4r Lm

r= w

EV LU CIN DE PUEST TIERR

ELECTRODO TIPO MALLAsegn mtodo de LAURENT

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

ohm x mt

PAG N 10

EJERCICIO 14


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AYUDA DIDACTICA


Resumen de parametros

K1 1,041

K2 4,3

seccin 35 mm2

d ########

Superficie 16 mts2

he 0,6 mt

d 0,006677 mt

A 4 mt

B 4 mt

33 43 ohmxmt

Lm 24 mt

Rpt

RpTschw 4,89

seccin 35 mm2

he

0,6 mt

N barras M 3

N barras m 3 lado A 4 mt

4 12

4 12

Lm

24

lado B 4

mm2

21,2

26,7 referencia practica electrodo

33,6 TERRENO HUMEDO 50 ohmxmt 16 mts2

42,4 TERRENO HUMEDO-SECO 100 ohmxmt 25 mts2

53,5 TERRENO SEMISECO 150 ohmxmt 100 mts2

67,4

85

RmS = eq Ln 2Lm + K1 Lm - K2 Lm hed S

K1 = 1,43 - ( 2,3 he ) - [ 0,044 ( A/B) ]S

K2 = 5,5 - ( 8 he ) + [ ( 0,15 - he ) ( A/B) ]S S

d = 4 sec

EV LU CION DE PUEST TIERR

ELECTRODO TIPO MALLAsegn mtodo de SCHWARZ

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

ohm x mt

PAG N 11

EJERCICIO 14


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AYUDA DIDACTICA


L 1,5 largo electrodo mt

a 0,007938 radio del electrodo mt

43ohmxmt

Rpt 27

diametro " 0,0254 0,127 0,015875

5

8

L 1,5 mt

43

Re = eq Ln( 2L )

2 L a

////////////////////////////////////////////////////////////////////


ELECTRODO VERTICAL TIPO BARRABARRA CUCOBRE

PAG N 12

EJERCICIO 14


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AYUDA DIDACTICA




26 73 Resistividad eq del terreno ( ohmxmt)

Rpt 2,95

RptL

N barras M 3 lado A

N barras m 5 20 mts

20 60

10 50

Lm

110

mm2

21,2

lado B 10 mts 26,7

33,6

42,453,5

67,4

85

RmL = eq eq

4r Lm

r= w

EV LU CIN DE PUEST TIERR


////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

oh m x mt

PAG N 13

EJERCICIO 15 ( POR LAURENT )


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AYUDA DIDACTICA



K1 1,244419

K2 5,225736

seccin 85 mm2d ########

Superficie 200 mts2

he 0,6 mt

d 0,010406 mt

A 20 mtB 10 mt

26 73 ohmxmt

Lm 110 mt

Rpt

RpTschw 2,62

seccin 85 mm2

he

0,6 mt

N barras M 3


20 60

10 50

Lm

110

lado B 10

mm2

21,2

26,7 referencia practica electrodo

33,6 TERRENO HUMEDO 50 ohmxmt 16 mts2

42,4 TERRENO HUMEDO-SECO 100 ohmxmt 25 mts2

53,5 TERRENO SEMISECO 150 ohmxmt 100 mts2

67,4

85


K1 = 1,43 - ( 2,3 he ) - [ 0,044 ( A/B) ]S

K2 = 5,5 - ( 8 he ) + [ ( 0,15 - he ) ( A/B) ]S S

d = 4 sec



///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

ohm x mt

PAG N 14

EJERCICIO 15 ( POR SCHWARZ )


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PAG N 15JERCICIO ( MALLA A TIERRA CON BARRAS VERTICALES )


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ESTUDIO y DISEO DEM LL TIERR BT y MT


ESTUDIO y C LCULO DE RESISTIVID D DEL TERRENO

OBJETIVO :A partir de los datos obtenidos en terreno a travs del INSTRUMENTO GEOHMETROcalcular la resistividad del terreno o m x mt, utilizando la aplicacin en

Realizar lo siguiente :

1. Abril la aplicacin CAL-EM-2en la opcin ESTUDIO GEOLECTRICO DEL TERRENO.

2. Introducir 12 muestras del terreno obtenida con un con el Geohmetro por el mtodo deSCHLUMBERGER,

3. Obtener las resistividades aparentes del terreno ohmxmt ( 12)

4. Definir la clasificacin del suelo ( 2, 3 o 4 estratos)

5. Si la Curva SEV de Orellana & Monney elegida es la mostrada en Manual , utilic estos datospara el estudio.

6. Calcular las resistividades de los estratos ( 3 )

7. Revisar la metodologa de calculo segn CALC-EM-2 en la opcin RESISTIVIDADEQUIVALENTE DEL TERRENO.

8. Calcular por YAKOBS la resistividad final del Terreno. Compruebe. Respuesta : 31 ohm x

mt. Note que para este calculo de YAKOBS se requiere que ste definido previamente lascaractersticas fsicas del ELECTRODO que se va emplazar en el terreno. Por qu esto es as?

9. Completar con los datos obtenidos la HOJA DE DATOS TERRENO del Manual de Consulta.

GUIA DE EJERCICIOS 2

Excel CALC-EM-2

PAG N 16


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Ayuda Didactica

CURSO : ESTUDIO y DISEO DE MALLA A TIERRA BT y AT http://www.dhsing.cl/

ESTUDIO GEOELECTRICO DEL TERRENO segn mtodo SCHLUMBERGER

IMPORTANTE :

DATOS DE ENTRADA CELDA VERDE

Mediciones en terreno

Distancia Distancia Resist Geohmetro

Orden mts mts ohms

Medidas L a R

1 0,6 1 127,4

2 0,8 1 40,8

3 1 1 25,5 i i

4 1,6 1 11

5 2 1 7,6 P P

6 2,5 1 5,3

7 3 1 3,6 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

8 4 1 2

9 5 1 1,2

10 6 1 0,7

11 8 1 0,3

12 10 1 0,1

RESISTIVIDAD

Distancia Distancia Resisten Resistividad

Orden mts mts ohms variable variable

num L a R n n+1 ohm-mt H > >3>4 HA > 3 >34 AA


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Ayuda Didactica

CURSO : ESTUDIO y DISEO DE MALLA A TIERRA BT y AT http://www.dhsing.cl/

RESISTIVIDAD EQUIVALENTE DEL TERRENOsegn mtodoYAKOBS & BURGSDORF

p rente Eaux

35 ohmxmt 0,36 mt2 75

ohmxmt 1,08 mt

3 22,75 ohmxmt 3 0

Sup mts2 cuadrado

r 25 3,14 2,82 7,96 0,13

2,07

r he 2,07

ro 2,82 0,6 2,76 7,60

r he

q 2,82 0,6 4,39 19,31

V1 2,74

V2 2,56 V3 0,00

F1 0,10

F2 0,37

F3 1,00

SUELOS RESISTIVIDAD EQUIVALENTE ohmxmt

CAPAS

2 eq 83

3

eq 31

4 eq4

YAKOBS BURGSDORF

eq2 = ____F2______F1 + F2-F1

2

eq3 = ________F3_______

F1 + F2-F1 + F3-F2

1

2

3

eq4 = __________F4_____________

F1 + F2-F1 + F3-F2 + F4-F3

1

2

3

4

r = ( Sup/3,14)

ro = ( r2 - he2)

q = ( 2r ( r+he))

F1 = ( 1- V12/ro2)

F2 = ( 1- V22/ro2)

F3 = ( 1- V32/ro2)

Obtencin de parametros fisicos del Electrodo a utilizar

PAG N 18


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TRABAJO PRACTICO ( solucin )

OBJETIVO : Estimar la Resistencia puesta a tierra (Rpt) de un ELECTRODO DE MALLAinstalada en EDIFICIO residencial de 14 pisos. ( ubicacin Santiago ).

En sta ejercicio se usar : Archivos reales autocad del Edificio

Excel CALC-EM-3 y Los datos de Resistencia de 12 muestras tomadas en el terreno, segn elGeohometro de 4 terminales son de : 127,4 40,8 25,5 -11 7,6- 5,3 3,6 2 1,2 0,7 0,3 0,1 ohm

PAG N 19


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PARTE 1: Del archivo AUTOCAD : ELECTRODO MALLAy ESQUEMA VERTICAL obtenga

y tome nota de la siguiente informacin :

1.1. Forma de la Malla a Tierra

SR-150-175A

TAB. DPTOS

DPX-250A3x160A -250A

REG 175A

ICC=50KA

1.2.Dimensiones Fsicas10 metros de largo x 4 metrosde ancho , reticulada a 2

metros .

Largo conductor malla ( Lm ) : 54 mts

1.3.Superficie ocupada 40 mt2

1.4.Seccin del conductor de cobrede la malla 33.63 mm

2CU desnudo

1.5.Seccin de los conductoreshacia alimentadores verticales

(pisos dptos )

T.s : 1x53.5 mm2

T.p. : 1x42.4 mm2

1.6.Tipo de uniones que se utilizoen la malla tierra. Termo fusin

1.7.Que servicios estan conectadosa la MALLA a TIERRA ysecciones de conductores

Grupo electrgeno T.s.: 21.15 mm2

T.p. : 13.3 mm2

Servicios Comunes T.s. : 67.4 mm2

T.p. : 53.5 mm2

TDF

S.C.

EMPALME

120KW /SC

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PARTE 2: Del archivo AUTOCAD : TABLERO ELECTRICO obtenga y tome nota de la siguienteinformacin :

2.1.Numero de InterruptoresDiferenciales que tiene el edificio endepartamentos

14 PISO x 15 dptos/piso x 1 DIF/TAB

2x25 A 30 m A : 210 diferenciales

2.2.Numero de InterruptoresDiferenciales tiene el edificio enServicios Comunes

2x40 A 30 m A : 2 DIF

2x25 A 30 m A : 2 DIF TOTAL = 4 diferenciales

2.3. Segn Puesta a Tierra NCH4-2003parrafo 9.0.6.3. calcule que que valor en

ohm Rpt debera tener esta malla atierra como minimo. Suponga ( casoextremo ) zona humeda.

P/D 30 m A = 214 diferenciales

I total fuga = 214 x 0,030A (condicin extrema )Total : 6.42 A

Rtp = 24 V / 6,42 A = 3,74 ohms 2.4.Estime con criterio practico la

Corriente de Cortocircuito al cualquedara sometida sta malla ( casoextremo )

Aplicando formula pag : 38 Manual Estudio

Icc = [( 1,41/1,73) (220V/3,74 ohm)] 1.2 =

I cc monofsica : 57,5A valido para t=0 sg

Para despejar la falla debe existir SELECTIVIDADy operar el DISYUNTOR agua abajo mas cerca de

la falla . Ej. 1x16A/ curva C / 6KA / t reaccin =

400ms.Entonces, la Icc alcanzar un valor de :I

2 t = ( 57,5A )

2 0,4 sg =

Icc = 1.322 Amp.

2.5.Calcule segn ONDERDONK laminima seccin de la malla. Seccin mnima malla : pag 40 Manual Estudio

(6,96 1.322A 0,4sg ) / 1973 = 2,94 mm2

Para el manejo, la resistencia mecnica y

durabilidad, se utiliz 33,63 mm2 CU desnudo.

2.6.Use EXCEL CALC-EM-3 paracomprobar el DISEO DE LA MALLAA TIERRA DE STE EDIFICIO

RESISTIVIDAD EQ =

30 ohms x mtRpt SCHWARZ = 2,16 ohms

Rpt LAURENT = 2,66 ohms

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AYUDA DIDACTICA


ESTUDIO GEOELECTRICO DEL TERRENO segn mtodo SCHLUMBERGER

Datos en CELDA VERDE

Mediciones en terreno

Distancia Distancia Resist Geohmetro

Orden mts mts ohms

Medida L a R

1 0,6 1 127,4

2 0,8 1 40,8

3 1 1 25,5 i i

4 1,6 1 11

5 2 1 7,6 P P

6 2,5 1 5,3

7 3 1 3,6 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

8 4 1 2

9 5 1 1,2

10 6 1 0,7

11 8 1 0,3

12 10 1 0,1

RESISTIVIDAD

Distancia Distancia Resisten Resistividad

Orden mts mts ohms variable variable

num L a R n n+1 ohm-mt H 1>22>3>4 HA 1>232>34 AA 1


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AYUDA DIDACTICA


RESISTIVIDAD EQUIVALENTE DEL TERRENOsegn mtodoYAKOBS & BURGSDORF

p rente Eaux

35 ohmxmt 0,36 mt2

175

ohmxmt2 1,08 mt

3 22,75 ohmxmt 3 0

Sup mts2 cuadrado

r 40 3,14 3,57 12,74 0,13

2,07

r he 2,07

ro 3,57 0,6 3,52 12,38

r he

q 3,57 0,6 5,46 29,76

V1 3,51

V2 3,34

V3 0,00

F1 0,09

F2 0,32

F3 1,00

SUELOS RESISTIVIDAD EQUIVALENTE ohmxmt

CAPAS

2 eq 84

3 eq 30

4 eq4

YAKOBS BURGSDORF

eq2 = ____F2______F1 + F2-F1

2

eq3 = ________F3_______

F1 + F2-F1 + F3-F2

1 2 3

eq4 = __________F4_____________F1 + F2-F1 + F3-F2 + F4-F3

1 2 3 4

r = ( Sup/3,14)

ro = ( r2 - he2)

q = ( 2r ( r+he))

F1 = ( 1- V12/ro2)

F2 = ( 1- V22/ro2)

F3 = ( 1- V32/ro2)

Obtencin de parametros fisicos del Electrodo a utilizar

PAG N 23


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AYUDA DIDACTICA



K1 1,101803

K2 4,653883

seccin 33,6 mm2

d 0,00654237

Superficie 40 mts2

he 0,6 mt

d 0,006542 mt

A 10 mt

B 4 mt

30 30 ohmxmt

Lm 54 mt

Rpt

Rpt 2,16

seccin 33,6 mm2

he

0,6 mt

N barras M 3


10 30

4 24

Lm

54

lado B 4 mt

referencia practica electrodo

TERRENO HUMEDO 50 ohmxmt 16 mts2

TERRENO HUMEDO-SECO 100 ohmxmt 25 mts2

TERRENO SEMISECO 150 ohmxmt 100 mts2


K1 = 1,43 - ( 2,3 he ) - [ 0,044 ( A/B) ]S

K2 = 5,5 - ( 8 he ) + [ ( 0,15 - he ) ( A/B) ]S S

d = 4 sec



///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

ohm x mt

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AYUDA DIDACTICA




30 eq 30 Resistividad eq del terreno ( ohmxmt)

RptL 2,66

RptL

N barras M 3 lado A

N barras m 6 10 mts

10 30

4 24

Lm

54

lado B 4 mts

RmL = eq eq

4r Lm

r= w

EVALUACIN DE PUESTA A T IERRA


////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

ohm x mt

PAG N 25


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CONCLUSIONES PRACTICAS:

Si las mediciones de terreno obtenidas con un geohmetro hubiern sido las tomadas en

nuestro ejemplo, entonces :

1. La resistividad del suelo sera 30 ohmxmetro ( muy buena ) si enterramos unelectrode de malla de las dimensiones fisicas y superficie indicadas anteriormente.

(se aplico YAKOBS )

2. La Resistencia puesta a tierra Rpt sera de 2,16 ohm segn SCHWARZ. Porque,segn LAURENT la Rpt sera 2,66 ohmy es un valor aproximado.

3. Por otro lado nuestro proyecto estimo una Rpt teorica Tierra de Proteccin en

funcin de los protectores diferenciales, bajo una condicin extrema ( 6.42A )resultando una Rpt = 3,74 ohm.

4. Significa que bajo ninguna condicin los usuarios quedan sometidos a tensionessobre NORMA ya que Vs < 6,42A 3,74 ohm = 24 V norma 24V zona humeda.CUMPLE.

5. Pero el edificio tiene una malla de 2,16 ohm SEGN CALCULO CON EXCELque esmenor que la requerida 3,74 ohm, por tanto el diseo es correcto.

6. Para el caso de una corriente de cortocircuito FASE NEUTRO, debe operar el

DISYUNTOR aguas abajo cercana a la carga ( falla) ( selectividad ) por ejemplo

1x16A/6ka, significa que la corriente 1.322 A es mayor que 3,5 In asegurando laoperacin del magnetico en el tiempo 0,4sg y por tanto la apertura del disyuntorDESPEJANDO LA FALLA y ofreciendo la seguridad al usuario contra contacto directo.

7. La seleccin de los 6KA para el disyuntor es correcta ya que 1.322A < 6KA ygarantiza la operacin reiterada del dispositivo, sin daarse.

La seccin minima calculada es de 2,94mm2 , usando 33,6mm2 .

PAG N 26

FIN

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