ing. N. I. Sirabonian

Cuando se proyectan redes de tierra de estaciones eléctricas, las condiciones de diseño están muy relacionadas con la obra, y aparecen claros los conceptos de lo que se busca con las soluciones de proyecto.

Frecuentemente esto no se ve tan así en las instalaciones de distribución de energía eléctrica, y en particular en instalaciones industriales, donde aparecen grandes interferencias entre los distintos aspectos que se deben considerar al plantear la instalación de puesta a tierra.

La bibliografía (Especificación Técnica Nº 75 de Agua y Energía Eléctrica) establece los criterios y cálculos de la malla de puesta a tierra validos para estaciones transformadoras desde 33 /13,2 kV en adelante ( Ver Punto 1.1 Dominio de Aplicación.).

Los criterios planteados corresponden a instalaciones tipo intemperie, en playa, con campos de entrada, salida y campos de transformación.

Para las cabinas de Media a Baja Tensión, no es aplicable el criterio arriba comentado, en este caso se trata de instalaciones en una pequeña superficie, en la que todos los equipos están interconectados metálicamente entre si ofreciendo un camino metálico entre el punto de falla y el neutro de la fuente. No existe la posibilidad de derivaciones a tierra en forma directa o indirecta a través del suelo.

El sistema de distribución en baja tensión 380 / 220 V, corresponde a este ultimo caso, siendo su conexión considerada "rígidamente puesto a tierra". Este criterio también está indicado en la ET 75 de AyEE en el punto 1.3.2 Tensiones de Paso y de Contacto.

El criterio planteado para instalaciones tipo intemperie, en playa, es aplicable a estaciones interurbanas en las que el equipamiento tanto en 13,2 kV como en 33 kV es de tipo intemperie, pero esta solución constructiva en este rango de tensiones ha caido en desuso. Para estaciones que no son de tipo intemperie, no se aplica este criterio de diseño.

Las modernas soluciones de media tensión son el tamaño mínimo y en su diseño aparecen también las tensiones de paso y de contacto, pero deben observarse cuidadosamente las diferencias.

En las instalaciones de baja tensión se considera que no se derivan corrientes a tierra, en media tensión por las dimensiones involucradas aparecen corrientes derivadas a tierra, pero son un porcentaje mínimo de las corrientes que circulan por los conductores de tierra hacia la fuente.

En el ejemplo desarrollados a continuación se evalúan los resultados que se obtienen al realizar instalaciones respetando estos criterios.

Resistividades del terreno en la zona de la SE Nº 1

Valores medidos, ρ 1 = 14,9 Ω/m, ρ 2 = 11,4 Ω/m

Resistividades del terreno en la zona de la SE Nº 2

Valores medidos ρ 3 = 17, 2 Ω/m, ρ 4 = 25,7 Ω/m

La mayor corriente de cortocircuito monofásica que se presenta en la red corresponde a la SE Nº 1, en 33 kV, I"k 1Φ = 5,64 kA.

La corriente admisible del conductor de tierra se determina (ver la norma IRAM 2281 – 1)

rt: resistencia de la malla a tierra

rr: radio equivalente de la malla

ll: longitud del conductor de la malla

rt SE Nº 1 = 0,95 Ω

rt SE Nº 2 = 1,50 Ω

Se han determinado las resistencias de los conductores que se tienden entre

También se deben determinar las reactancias de los conductores, pero estas complican la solución del problema, frecuentemente se desprecian las reactancias, pero se pueden evaluar con un factor de proporcionalidad con la resistencia (para este calculo se supone que R = X).

Cada situación de falla implica cierta corriente que se inyecta en una red de tierra, y llega al neutro de la fuente que alimenta la falla. Para que el circuito presente corrientes y tensiones se debe tener circulación de corriente entre dos redes de tierra.

Resolviendo los circuitos serie - paralelo que se presentan en cada caso, se obtienen los valores de potencial a tierra de la malla para los diferentes puntos de falla, como también las corrientes derivadas en cada tramo de conductor de la malla y a las corrientes derivadas a tierra.

En la tabla siguiente se indica la corriente que en cada caso involucra a cada una de las redes de tierra, y que con las resistencias da las tensiones de la tabla anterior.

Conocida la corriente que cada red drena a tierra, se pueden calcular las tensiones de contacto y de paso en base a la norma IRAM 2281 - 1:1996, mediante las siguientes expresiones:

Siendo,

Los resultados obtenidos se resumen en la siguiente tabla, y se comparan con las tensiones admisibles que fija la norma IEEE 80 para personas de distinto peso, 70 y 50 kg respectivamente (columnas 4 y 5)

Las redes de tierra de las cabinas de pequeño tamaño se construyen con una malla Q188 en el contrapiso de la SE, esta solución no presenta tensiones de paso y de contacto dentro del área interna, a su alrededor en cambio se presentan tensiones de paso, que son máximas en general en la diagonal, y deben ser evaluadas con la corriente que se presenta.

Para la red indicada se determinan los cortocircuitos a tierra en distintos puntos. Según sea el punto de falla, y según este a tierra el neutro del transformador por donde retorna la corriente de falla. La corriente de tierra presenta un recorrido distinto, pero en todos los casos se observa que un camino une las redes de tierra del punto de falla, y del neutro del transformador, el otro camino (en paralelo) el resto de elementos.

Estas corrientes se presentan en cada uno de los sistemas, de 33 kV, de 2.3 kV y de 0.4 kV, en cada caso entre un neutro y un punto de falla.

Las puestas a tierra se consideran con solo resistencia, los cables que las unen frecuentemente se consideran con solo resistencias, resolver la distribución de corriente entre elementos en corriente continua, facilita la solución del problema.

El resultado se obtiene con corriente en los cables mayores, y menores corrientes en las puestas a tierra, para mejorar los resultados se debe incluir en el calculo las reactancias de los cables, y para ello lograr darles un valor acertado.

La planilla INDU-TIE.XLS y el programa INDU-TIE.EXE contenidos en el paquete de programas de tierra, permiten calcular con estas correcciones.