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Gustavo A. García Chávez.Gustavo A. García Chávez.Gustavo A. García Chávez.Gustavo A. García Chávez. Universidad del Valle.Universidad del Valle.Universidad del Valle.Universidad del Valle.

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QUE ES UNA PUESTA A TIERRA SIMPLIFICADA?

El RETIE, plantea la posibilidad de construir una “puesta a tierra simplificada” en el numeral 15.1

Diseño del sistema de Puesta a Tierra.

Qué quiere decir una puesta a tierra simplificada?

En lo fundamental un sistema de electrodo que no es una malla calculada por el método

de la IEEE 80 Versión 2000. Es decir un electrodo tipo varilla, tipo contrapaso, una

combinación de estos dos, un anillo perimetral sobre el poste como lo sugiere y propone

Favio Casas en su libro “Tierras, Soporte a la Seguridad Eléctrica”.

Para avanzar en la selección de la mejor opción, es necesario entender que las puestas a tierra1

cumplen varias funciones, dos de las cuales son las más importantes:

a. Referencia de los sistemas eléctricos para que no se presente Neutro Flotante.

b. Parte integral del sistema de protección (actuando coordinadamente con las protecciones

contra sobre-intensidades y contra sobretensiones), mediante la limitación de posibles

sobretensiones en condiciones de falla del sistema.

Cuando un transformador se encuentra instalado en un poste, las posibilidades de contacto con

partes vivas son realmente escasas ya que existe la limitante física de la altura. No obstante existe

la posibilidad de entrar en contacto con el hilo de conexión a tierra de los DPS de la carcasa y del

neutro - si y solo si este es desnudo y si está adosado al poste sin protección o en tubo metálico -,

cuando esté conduciendo una corriente de descarga del DPS o una corriente de Falla en el

primario del Transformador y posiblemente sea lastimado al producirse una Tensión de Contacto

mayor a la tolerable y circular corriente a través del cuerpo de esa persona en una cantidad que la

fija el principio del divisor de corriente.

Para entrar a controlar los posibles peligros asociados con eventos, en esta condición, debemos,

entonces preguntarnos cuál sería la condición más severa de circulación de energía al suelo.

Al respecto las dos condiciones más desfavorables serían la corriente de descarga de los DPS,

limitada a 5 o 10 kAmperios - que son las corrientes de descarga estándar de los DPS -, o una

1 Quedaría mejor decir conexiones al suelo.



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corriente de falla por energización de la carcasa cuya magnitud depende de la potencia de corto

circuito en ese punto del sistema.

Para transformadores instalados cerca de las subestaciones de distribución, podremos decir que

las corrientes de falla pueden estar muy cerca de los 10 kAmperios o pueden eventualmente

sobrepasar este valor, pero para distancias medias o largas desde la subestación de distribución

hasta el punto de instalación del transformador, podríamos pensar que la condición más severa es

cuando se tenga la descarga de un DPS de 10 kAmperios.

Asumiendo una resistencia del cuerpo humano promedio de 1000 Ohmios tendríamos que la

Tensión de Contacto entre la mano que toca el bajante y el pié, sería de 12.422 Voltios

Resistencia de puesta a tierra 10 Ohmios

Resistencia del cuerpo humano 1.000 Ohmios

Corriente de falla o descarga de los DPS 10.000 Amperios

Frente de onda para I descarga 5.881 di/dt

Tensión probable entre mano y bajante, ver Figura 5.7.1.5 12.422 Voltios

CALCULO DE CORRIENTES POR DIVISOR DE CORRIENTES

Por todos es sabido que el nivel de soportabilidad del ser humano es de 30 mAmperios, corriente

necesaria para producir fibrilación ventricular. Corrientes mayores a esta pueden no producir la

muerte por fibrilación ventricular pero pueden producir quemaduras severas con tetanización de

tejidos.



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Lo anterior implica que cualquier persona que entre en contacto con una bajante de puesta a

tierra de un transformador que se encuentre expuesto, podría sufrir quemaduras internas severas

por esta condición.

La tensión de toque asociada con esta situación se puede calcular mediante las expresiones:



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Asumiendo que la corriente descarga es de 10 kAmperios y que la resistencia de puesta a tierra es

de 10 ohmios tendríamos2, por Ley de Ohm, una elevación del potencial de tierra ( GPR ) de 100

kVoltios.

A partir de ese momento, la energía de la descarga se convierte en calor, pero también en

diferencia de potencial, toda vez que la energía se expande, con la oposición de la resistividad del

terreno, lo cual genera las tensiones de paso.

Estas tensiones de paso se podrán calcular mediante la expresión siguiente:

�� .∗�∗

�� √�

�²��²

�� )

Donde:

I es la corriente de falla.

ρ es la resistividad del terreno

L es la longitud equivalente del sistema de electrodo.

S es la separación entre pasos, la cual se valoriza en pasos de 1 metro.

2 La máxima admisible por el RETIE para una subestación en poste.



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Comentarios adicionales una vez realizados los cálculos:

La primera observación que es necesario hacer es que en la Literatura se encuentran diferentes

fórmulas para un mismo cálculo, lo cual hace que se puedan tener diferentes resultados. Por esta

razón en la Hoja de Cálculo, pegamos las fórmulas que estamos usando para dar claridad al

respecto.

El análisis de los resultados de los cálculos realizados nos arroja algunas sorpresas:

El primero de los resultados paradójicos es que el menor valor de resistencia de puesta a tierra de

un electrodo no garantiza el mejor control de las tensiones de paso. Esto solo nos dice que la

elevación del potencial de tierra en el punto de inyección de corriente al suelo es menor, pero no

nos da como resultado que las tensiones de paso y de toque necesariamente sean las más bajas.

10.000 Amperios

Tipo de ElectrodoResistencia de puesta

a tierra

Tension de Paso

Máxima admisible.

Calculada

Tensión en punto

de inyeccion de

corriente. GPR

Potencial

calculado a

1 metros

Potencial

calculado a

2 metros

Potencial

calculado a

3 metros

Potencial

calculado a

4 metros

Potencial

calculado a

5 metros

Potencial

calculado a

6 metros

Potencial

calculado a

7 metros

Potencial

calculado a

8 metros

Potencial

calculado a

9 metros

Contrapeso sin tierra artificial 0,98 4.900 3.186 3.009 2.932 2.893 2.873 2.863 2.861 2.863 2.867

3.401 (1.499) 1.714 177 77 39 20 10 2 (2) (4)

Contrapeso con tierra artificial 1,32 6.600 3.186 3.009 2.932 2.893 2.873 2.863 2.861 2.863 2.867

3.401 (3.199) 3.414 177 77 39 20 10 2 (2) (4)

Fleje enterrado 2,41 12.050 3.901 3.670 3.584 3.550 3.542 3.547 3.560 3.577 3.597

3.401 (8.649) 8.149 231 86 34 8 (5) (13) (17) (20)

Varilla con tierra artificial 2,93 14.650 5.657 5.371 5.377 5.463 5.571 5.683 5.792 5.896 5.995

3.401 (11.249) 8.993 286 (6) (86) (108) (112) (109) (104) (99)

Varilla sin tierra artificial 3,73 18.650 5.657 5.371 5.377 5.463 5.571 5.683 5.792 5.896 5.995

3.401 (15.249) 12.993 286 (6) (86) (108) (112) (109) (104) (99)

Dos varillas y contrapeso sin tierra

artificial2,12 10.600 7.902 7.104 6.736 6.541 6.439 6.392 6.379 6.389 6.413

3.401 (7.199) 2.698 798 368 195 102 47 13 (10) (24)

Dos varillas y contrapeso con tierra

artificial1,23 6.150 7.902 7.104 6.736 6.541 6.439 6.392 6.379 6.389 6.413

3.401 (2.749) (1.752) 798 368 195 102 47 13 (10) (24)

Anillo 6,83 34.150 8.118 11.333 13.725 15.563 17.049 18.296 19.371 20.315 21.157

3.401 (30.749) 26.032 (3.215) (2.392) (1.838) (1.486) (1.247) (1.075) (944) (842)

Tensión de Paso Calculada para una Varilla CTA

Tensión de Paso Calculada para una Varilla STA

Tensión de Paso Calculada 2 Varillas + Contrapeso STA

Tensión de Paso Calculada 2 Varillas + Contrapeso CTA

Tensión de Paso Calculada en un Anillo

CALCULOS TENSIONES DE PASO Tensión de paso max=0,5*I* ρ(1/(2πL)*Ln(L+Raiz(S²+L²)/S)

Corriente posible de inyección en electrodo

Tensión de Paso Calculada para Contrapeso STA

Tensión de Paso Calculada para Contrapeso CTA

Tensión de Paso Calculada para Fleje enterrado

El segundo resultado paradójico es que el mejor comportamiento para el control de las tensiones

de paso lo tienen los electrodos instalados horizontalmente, frente a los instalados verticalmente.

El tercer resultado paradójico es que el comportamiento de los anillos propuestos por Fabio Casas

en su libro “Tierras, Soporte a la Seguridad Eléctrica”, no es mejor que el de una varilla sola, ni

mucho menos que dos varillas en paralelo. Por lo demás las fórmulas de calculo que aparecen en l

Catalogo de Favigel no son correctas3 y los resultados obtenidos son aproximadamente el 50% de

los obtenidos aplicando las fórmulas planteadas por Sakis Meleopulus. 4

El cuarto resultado paradójico es que para obtener una resistencia de puesta a tierra que nos

permita controlar las tensiones de paso y de contacto, alrededor de los postes donde montamos

los transformadores y conectamos el sistema de electrodo de referencia del mismo, no es

3 Ver copia del Catálogo de Favigel Publicado en la WEB, copia del cual se encuentra al final de este

documento. 4 Ingeniero Experto en Tierras miembro de IEEE, cuya presentación desarrollada en Seminario sobre puestas

a Tierra realizado por ACIEM Cundinamarca hace algunos años, utilizamos para los cálculos desarrollados.



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necesario construir las famosas deltas que muchos colegas sugieren y han convertido en la

alternativa a las mallas, cuando no las calculan.

Se anexa archivo en Excel donde se presentan los cálculos de los valores de resistencia de puesta a

tierra y de tensiones de paso y de contacto.

i.e.

Gustavo Adolfo García Chavez.Gustavo Adolfo García Chavez.Gustavo Adolfo García Chavez.Gustavo Adolfo García Chavez.

MP 76205-16600.

NOTAS:

1- Las formulas planteadas en el catalogo de Favigel no son correctas.

2- La formula planteada para varilla es la de un contrapeso horizontal

3- La formula planteada para un contrapaseo horizontal se parece a la de la varilla

4- Los resultados obtenidos aplicando al valor real de la resistencia de una varilla, el

factor propuesto por Favigel nos da un valor cercano al 50% del calculado utilizando

las formulas planteadas por Sakis Meleopulus

5- Los factores propuestos por Favigel y por Sakis Meleopulus para tener en cuenta el

compuesto artificial son diferentes. Produciendo resultados que casi duplican lo sugerido

por Favio Casas en sus cálculos.



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