MEDICIONES DE TENSIONES DE PASO Y CONTACTO

MEDICIONES DE TENSIONES DE PASO Y CONTACTO Resumen: El siguiente artículo presenta el procedimiento propuesto por la norma IEEE Std 81.21991. IEEE Guide for Measurement of Impedance and Safety Characteristics of Large, Extended or Interconnected Grounding Systems, para realizar las mediciones de tensión de paso y contacto. Estas mediciones deben realizarse antes de la puesta en servicio de subestaciones. (Artículo 15.5.3 del RETIE)

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DEFINICIONES - RETIE

Las definiciones de Tensiones de Paso y Contacto de acuerdo con el Artículo 3 (DEFINICIONES) del RETIE (Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas son las siguientes: Tensión de Paso: Diferencia de potencial que durante una falla se presenta entre dos puntos de la superficie del terreno, separados por una distancia de un paso (un metro) Tensión de Contacto: Diferencia de potencial que durante una falla se presenta entre una estructura metálica puesta a tierra y un punto de la superficie del terreno a una distancia de un metro. Esta distancia horizontal es equivalente a la máxima que se puede alcanzar al extender un brazo. El RETIE con respecto a las tensiones de Paso y Contacto: El Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas – RETIE, en su última versión del 02 de abril de 2007, en su Artículo 15, indica los requerimientos del sistema de puesta a tierra y la importancia de limitar las tensiones de paso y contacto. Además exige que se realicen mediciones en terreno para determinar las tensiones de paso y contacto del SPT construido. (Numeral 15.5.3).

Articulo 15 Página 45: Toda instalación eléctrica cubierta por el presente Reglamento, excepto donde se indique expresamente lo contrario, debe disponer de un Sistema de Puesta a Tierra (SPT), de tal forma que cualquier punto del interior o exterior, normalmente accesible a personas que puedan transitar o permanecer allí, no estén sometidos a tensiones de paso, de contacto o transferidas, que superen los umbrales de soportabilidad del ser humano cuando se presente una falla.

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Numeral 15.5.3: 15.5.3 Medición de tensiones de paso y contacto. Las tensiones de paso y contacto calculadas deben comprobarse antes de la puesta en servicio de subestaciones de alta tensión y extra alta tensión para verificar que estén dentro de los límites admitidos. Deben seguirse los siguientes criterios adoptados de la IEEE-81.2. Esta medición no se requiere para los apoyos o estructuras de las líneas de transmisión asociadas a las subestaciones, a excepción de las dos primeras estructuras de cada línea. Las mediciones se harán preferiblemente en la periferia de la instalación de la puesta a tierra. Se emplearán fuentes de alimentación de potencia adecuada para simular la falla, de forma que la corriente inyectada sea suficientemente alta, a fin de evitar que las medidas queden falseadas como consecuencia de corrientes espurias o parásitas circulantes por el terreno. Los electrodos de medida para simulación de los pies deberán tener una superficie de 200 cm2 cada uno y deberán ejercer sobre el suelo una fuerza de 250 N cada uno. Consecuentemente, y a menos que se emplee un método de ensayo que elimine el efecto de dichas corrientes, por ejemplo, método de inversión de la polaridad, se procurará que la corriente inyectada sea del 1% de la corriente para la cual ha sido dimensionada la instalación y preferiblemente no inferior a 50 amperios para centrales y subestaciones de alta tensión y 5 amperios para subestaciones de media tensión. Los cálculos se harán suponiendo que existe proporcionalidad para determinar las tensiones máximas posibles. Se podrán aceptar otros métodos de medición siempre y cuando estén avalados por normas técnicas internacionales, NTC, regionales o de reconocimiento internacional; en tales casos, quien utilice dicho método dejará constancia de la norma aplicada.

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METODOLOGÍA GENERAL

Para la medición de tensiones de paso y contacto en subestaciones de media, alta y extra alta tensión, se emplean los principios de medición planteados en el documento Std IEEE 81.2 Guide for Measurement of Impedance and Safety Characteristics of Large, Extended or Interconnected Grounding Systems. La metodología está basada en la aplicación de corriente primaria a la frecuencia de servicio (60Hz) entre un punto de la tierra remota y la malla de la subestación. La corriente aplicada eleva el potencial de la malla y permite realizar mediciones de potenciales de paso y contacto en la subestación y en la periferia, sitios donde estarán expuestas las personas en las subestaciones a riesgos de electrocución por estos potenciales. Los valores de tensión obtenidos se extrapolan con base en el nivel de cortocircuito de la subestación y de esta manera se obtienen los valores reales de tensiones de paso y contacto del SPT construido. Estos valores obtenidos se comparan contra las tensiones máximas admitidas por el RETIE y se determina si el SPT es seguro. El principio de inversión de polaridad se aplica para reducir el error que se presenta por los potenciales asociados a corrientes circulantes por la malla.

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EQUIPOS DE PRUEBAS

Los equipos de prueba se alimentan directamente de la red. Deben estar construidos con transformadores de dos devanados para aislar las corrientes de prueba de la referencia de la malla de tierra local y realizar la inversión de polaridad de la corriente aplicada. Los equipos deben aplicar suficiente tensión para permitir la circulación mínima de corriente requerida. Se debe tener en cuenta que la resistencia total del bucle de corriente corresponde a la sumatoria de la resistencia de puesta a tierra de la malla y del arreglo de electrodos de prueba. Si la tensión máxima de salida es baja, se requiere instalar un arreglo de electrodos de prueba bastante robusto. Tensiones típicas de los equipos de pruebas son 400 – 600 V para mediciones de mallas de subestaciones de media tensión, donde se requiere un mínimo de 5A de corriente de prueba y 600 – 1000 V para mediciones en alta y extra alta tensión, donde se requiere un mínimo de 50A.

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ALCANCE

Las mediciones incluyen las siguientes actividades: 1. Inspección del estado físico del sistema de puesta a tierra visible. registro fotográfico. No incluye excavaciones. 2. Medición de resistencia de puesta a tierra (Opcional). potencial. 3. Medición de tensiones de paso y contacto. polaridad. IEEE Std 81.2.

Incluye

Método de la caída de

Metodología de inversión de

4. Cálculos de tensiones de paso y contacto referidos al nivel de cortocircuito de la subestación. 5. Análisis Técnico. 6. Recomendaciones e Informe final. 4.1 PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR LAS MEDICIONES 4.2 ELECTRODOS DE PRUEBA Se debe instalar un arreglo de electrodos de prueba a una distancia superior a 6.5 veces el diámetro de la malla de tierra a probar. Esta distancia representa desde 30 hasta 100 metros de separación con la malla de tierra de la subestación asociada en sistemas de media tensión y hasta 2000 metros o mas en subestaciones de alta y extra alta tensión.. El electrodo de prueba debe tener una baja resistencia de puesta a tierra con el propósito de no limitar la corriente de inyección del equipo. Para reducir la resistencia

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del electrodo de prueba, el terreno puede ser humedecido previamente con agua y sales. Se puede requerir la instalación de varios electrodos de prueba interconectados. Los electrodos de prueba se pueden construir con varillas de acero de construcción, teniendo la precaución de retirarlas o enterrarlas de manera segura después de finalizada la prueba. El retiro de los electrodos de prueba puede ser difícil dependiendo del tipo de suelo.

Para subestaciones de media tensión el RETIE recomienda una resistencia de puesta a tierra inferior a 10 Ohm. Aplicando una tensión de 600 V, la máxima impedancia del bucle de corriente debe ser inferior a 120 Ohm para una corriente aplicada de 5A. Por lo tanto, la resistencia de puesta a tierra del arreglo de electrodos, no debe ser mayor a 80 – 90 Ohm, teniendo en cuenta la caída de tensión en condiciones nominales.

Para subestaciones de alta y extra alta tensión el RETIE presenta un valor de referencia de 1 Ohm. Aplicando una tensión de 1000 V, la máxima impedancia del bucle de corriente debe ser inferior a 20 Ohm para una corriente aplicada de 50A. La resistencia de puesta a tierra del arreglo de electrodos, no debe ser mayor a 12 – 15 Ohm. Dependiendo de las condiciones del terreno, puede requerirse la instalación de una malla de tierra de pruebas de considerable tamaño. Es conveniente verificar previamente las condiciones del terreno antes de definir el punto de palicación de corriente. 4.3 CABLES DE PRUEBA Se tiende un cable de prueba desde el equipo hasta el electrodo de prueba. El otro terminal para la aplicación de la corriente de prueba se conecta a la malla de tierra. Se tiene la precaución de observar que en el trayecto desde el electrodo de prueba hasta la malla de tierra no haya personas o animales que puedan afectarse por las tensiones aplicadas al suelo. Por ese motivo, siempre debe existir contacto visible desde el equipo hasta el electrodo de pruebas. 4.4 ALIMENTACIÓN DEL EQUIPO DE PRUEBA La alimentación del equipo para pruebas en alta tensión debe tener una potencia al menos de 50 kVA, monofásica. Es posible que se requiera la instalación temporal de un transformador monofásico para no afectar la operación de circuitos de servicios auxiliares.

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Debido a que se aplican tensiones sobre el terreno, es recomendable que el equipo y el personal de pruebas tenga un adecuado aislamiento con respecto al suelo. 4.5 AJUSTE DE LA CORRIENTE DE SALIDA Instalado el electrodo de pruebas y el cable, se procede aplicar corriente de manera incremental hasta lograr la corriente mínima de prueba. Si es posible, se puede aplicar mayor corriente para obtener lecturas de tensión de paso y contacto mayores, lo que reduce el error del procedimiento. La tensión de prueba depende directamente de la resistencia de lazo del bucle de prueba Electrodo – Terreno – Malla. 4.6 MEDICIÓN DE TENSIONES DE PASO En el terreno donde se realizan las tensiones de paso, se colocan pesas de 25 kg separadas una distancia de 1 metro. Esta medición se debe realizar en diferentes puntos cercanos a la periferia de la malla de tierra y cerca de cerramiento de la subestación. Se sigue el siguiente procedimiento: 1. Instalación de una resistencia de 1000 Ohm entre las dos pesas como se muestra en la Figura No 1. 2. Se aplica la corriente mínima de prueba en el primer sentido de polaridad-P1, entre el electrodo de prueba y la malla de tierra. 3. Se registra el valor de tensión entre las pesas. Este registro se denominará V1 4. Se suspende la aplicación de corriente y se registra nuevamente la tensión entre las pesas. Este registro se denominará V0 5. Se invierte la polaridad de la tensión de salida – P2 y se registra el valor de tensión nuevamente. Este registro se denominará V2 6. Se continúa con los puntos de prueba siguientes siguiendo el mismo procedimiento. No es necesario ajustar nuevamente la corriente de prueba. El equipo conserva el nivel de tensión aplicado. En cualquier momento de la prueba se puede aumentar o reducir la tensión de salida y por lo tanto corregir, si es necesario, el valor de salida de la corriente aplicada.

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Figura No 1. Esquema General de Conexiones de Campo – Subestaciones de Media Tensión Calle 7 # 36 A bis 40

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ZONA FRANCA PALMASECA DIAGNÓSTICO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA COTIZACIÓN

4.7 MEDICIÓN DE TENSIONES DE CONTACTO Las mediciones de tensiones de contacto se realizan entre el suelo y todas las superficies metálicas de la subestación y la malla de cerramiento perimetral. Se sigue el siguiente procedimiento: 1. Se coloca una pesa de 25 kg a un metro de distancia de la superficie metálica donde va a medir la tensión de contacto. 2. Se instala una resistencia de 1000 W entre la superficie metálica y el electrodo pesa de prueba como se muestra en la Figura No 1. 3. Se aplica la corriente de prueba de prueba con las dos polaridades y sin aplicación de corriente, como se indicó en el anterior procedimiento. 4. Se continúa con los puntos de prueba siguientes siguiendo el mismo procedimiento.

FP: “Footprint Electrode” Electrodo Pesa que simula el pie de una persona Tomado de la IEEE Std 81.2 – 1991

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CÁLCULOS

Se deben realizar dos cálculos para obtener los valores de tensiones de paso y contacto. Primero se deben “filtrar” (ajustar) los valores de tensión medidos en campo con el propósito de eliminar el efecto de corriente de servicio circulantes por la malla de tierra. Posteriormente, se deben extrapolar las tensiones de paso y contacto medidas a las reales, con base en el nivel de cortocircuito monofásico de la subestación. calcular las tensiones Para obtener los valores reales de tensión de paso, se debe aplicar una ecuación que se indicará más adelante.

5.1 AJUSTE DE LECTURAS Las lecturas registradas de tensión de paso y contacto se deben ajustar de acuerdo con la siguiente ecuación:

VK 

V 0   V 180  0 2

0 2

1

2

2

 V02

VK

Tensión de Paso o de Contacto ajustado

V1

Tensión con Polaridad P1 00

V2

Tensión con Polaridad P2 1800

V0

Tensión cuando no se aplica corriente (debida a corrientes circulantes en la malla)

5.2 VALORES REALES DE TENSIONES DE PASO Y CONTACTO Para obtener los valores reales de tensiones de paso y contacto se debe aplicar una proporcionalidad entre la corriente aplicada y la corriente máxima de cortocircuito monofásico.

VB  VK

I CC1 I PRUEBA

VB

Tensión con paso o contacto real a la que estará sometida una persona

VK

Tensión entre los electrodos medido y ajustado en la prueba.

ICC1

Nivel de cortocircuito monofásico en la subestación

IPRUEBA

Corriente aplicada durante la prueba.

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MEDICIONES COMPLEMENTARIAS

La medición de equipotencialidad es un complemento de vital importancia en el diagnóstico de un sistema de puesta a tierra. Equipos o secciones de la malla aislados, implican tensiones peligrosas en el momento de una falla o descarga atmosférica. La norma IEEE Std 81, en el numeral 8.3, plantea el procedimiento para verificar la adecuada equipotencialidad entre diferentes puntos de una malla de tierra. Indica que se debe aplicar una corriente de 5A DC entre los puntos a verificar y se registra la caída de tensión. Una adecuada equipotencialidad dentro de una malla de tierra debe tener una resistencia DC máxima de 0.1 Ohm.

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BIBLIOGRAFIA 1. ANSI/IEEE Std 81 – 1983 – IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and Earth Surface Potentials of a Ground System. 2. ANSI/IEEE Std 81.2 - Guide for Measurement of Impedance and Safety Characteristics of Large, Extended or Interconnected Grounding Systems 3. Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas (RETIE). 4. Norma Técnica Colombiana NTC 2050 5. Procedimientos internos IGT-Ingeniería Total Ltda: Mediciones de Tensiones de Paso y Contacto. . Andrés Felipe Jaramillo S

Andrés Felipe Jaramillo Salazar Ingeniero Electricista Universidad del Valle - 1995 Especialista en Energía Solar Térmica – Universidad de Lleida España – 2005 Propietario de la firma de consultoría IGT-Ingeniería Total Ltda. Fabricante de equipos de prueba. [email protected] Celular 3162843653

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