Act 3

REPORTE:

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RESISTENCIA A BAJA FRECUENCIA DE LOS SISTEMAS DE TIERRAS EN LAS LINEAS DE DISTRIBUCIÓN EN ALTA TENSIÓN

OBJETIVO: ESTABLECER BASES PARA LA DETERMINACIÓN DE LAS MEJORAS EN LOS SISTEMAS DE TIERRAS DE LAS LDAT´S Y SU INFLUENCIA EN LOS ÍNDICES DE SALIDAS

Índice de Salidas contra Resistencia de Tierras

En la Figura 1 se muestran los valores del número de salidas por cada 100 Km-año para diferentes tipos de estructuras, considerando una densidad de descargas a tierra de 6 descargas/km2, el cual es un valor promedio para el ámbito de la División Centro Occidente.

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Figura 1.- Índice de salidas contra resistencia de tierras

El criterio que se ha considerado dentro de C.F.E. es lograr resistencias menores a 10 Ω  de acuerdo a la Especificación CFE 00JL0-28.

Se puede observar que con 10 Ω las estructuras TAS presentan un índice de 16 salidas/100Km-año, las TAS-2P de 10 salidas/100Km-año, los postes Morelos de 7 salidas/100Km-año y las estructuras H de concreto de 3 salidas/100Km-año.

Para lograr índices de salidas menores a 2 salidas/100 Km-año la resistencia de tierras debe ser inferior a 5 Ω.

Estos valores se deben considerar con carácter informativo, ya que intervienen una gran cantidad de variables en su determinación, las cuales fueron generalizadas al calcular los valores graficados.

En la Figura 2 se muestra el mapa de isodensidad para el ámbito de la División Centro Occidente.

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Figura 2  Mapa de Isodensidad de la División Centro Occidente

Resistencia de la contra-antena

Como un método de reducción de la resistencia de tierras se usan las contra-antenas, su resistencia teórica se determina por la ecuación 1:

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                                                                         (1)

Donde:

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Graficando la resistencia de una contra-antena de cable de cobre desnudo del #2 AWG enterrado a 0.5 m, para diferentes longitudes en condiciones de diversas resistividades, se obtiene la gráfica de la Figura 3.[pic 7]

Figura 3 Resistencia de una contra-antena

Para longitudes de la contra-antena mayores a 15 m el beneficio de reducción en resistencia es menor al 5 %.

En la Figura 4 se grafican varios casos para contra-antenas de cobre desnudo calibre #2 AWG enterrado a una profundidad de 0.5 m:

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Figura 4 Resistencia de contra-antena contra resistividad del terreno

Se puede observar que los beneficios en reducción de la resistencia son grandes hasta contra-antenas de 18 m, después, con longitudes mayores, ya no son sustanciales los cambios.

Resistencia del electrodo de tierra

Para obtener un mejor desempeño del sistema de puesta a tierra se usan los electrodos consistentes en una varilla de acero con cobre soldado (Cooper Weld), de 3.05 m de longitud con diámetro de 0.0016 m (5/8”) y su resistencia se calcula con la ecuación 2:

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(2)

Donde:

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Figura 5 Resistencia de electrodo de tierra contra resistividad de terreno

Para reducir la resistencia del sistema de tierras es recomendable el uso de más de un electrodo, sin embargo es importante considerar la separación que se debe guardar entre un electrodo y otro. Si están muy próximos se puede dar el fenómeno de interferencia y entonces la resistencia del conjunto podría ser mayor que la del electrodo individual. Por otro lado, para cierta separación, la disminución en la resistencia equivalente del conjunto ya no es significativa, en la Figura 6 se muestra la combinación de dos electrodos de tierra de 3.05 m de longitud para diferentes resistividades y separaciones.

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Figura 6 Resistividad de dos electrodos separados d m para diferentes resistividades

Se puede observar en la Figura 6 que para separaciones de más de 3.0 m la reducción en la resistencia no es significativa, siendo de menos del 3%. Para más de 6.0 m de separación la reducción es de menos del 0.1%. Por lo que podemos considerar que después de esta separación le resistencia es constante.

En C.F.E. se ha normalizado la separación entre electrodos verticales a 6.0 m (Especificación CFE 00JL0-28), de cualquier manera de acuerdo al párrafo anterior resulta un valor conveniente, ya que se aprovecha al máximo la combinación de dos electrodos.

Para la combinación de diferente cantidad de electrodos en la Figura 7 se muestran los valores de resistencia para diferentes resistividades, los electrodos están separados 6.0 m cada uno.

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Figura 7 Resistencia de combinación de electrodos

La separación entre electrodos de la gráfica anterior es de 6.0m, se puede observar que al aumentar en número de electrodos después de 5 la reducción ya es marginal, sin embargo, aquí se considera que los electrodos están unidos por fuera de la tierra y falta considerar el efecto de las contra-antenas que podrían conectar estos electrodos.

Resistencia del sistema de tierras

Aunque no es del todo exacto, la combinación de electrodos y contra-antenas se puede obtener por medio del cálculo del paralelo para efectos prácticos.

El objetivo es lograr menos de 10 Ω de resistencia del sistema de tierras en terrenos de diferentes resistividades.

A continuación en la Tabla 1 se presentan algunas alternativas de sistemas de tierras para diferentes condiciones de resistividades del suelo, considerando que no se tiene ningún sistema previamente. Se normaliza la separación entre electrodos a 6.0 m y se pretende lograr una resistencia menor a 10 Ω.

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