ELECTRICIDAD

INDUSTRIAL

“MALLA TIERRA en Cabañas en Ralún”

Proyectista: José Manuel Moya Santander

Ingeniero Eléctrico en ejecución
Instalador Eléctrico Clase A
Fecha: 30 / 11 / 2020
1 Objetivo:

 Propone diseño de un sistema de puestas a tierra , en función de los parámetros de

seguridad y mantenimiento, establecidos por la normativa vigente.
1.1 Objetivos de una malla.

1.1.1 Los objetivos fundamentales de una malla de tierra son:

• Evitar tensiones peligrosas entre estructuras, equipos y el terreno durante

cortocircuitos a tierra o en condiciones normales de operación.

• Evitar descargas eléctricas peligrosas en las personas, durante condiciones

normales de funcionamiento.

• Proporcionar un camino a tierra para las corrientes inducidas. Este camino

debe ser lo más corto posible.

1.2 Tipos de mallas.

Se deben distinguir dos tipos de mallas en una instalación eléctrica que son:

• Mallas de alta tensión.

• Mallas de baja tensión.

Ambas mallas deben estar separadas de modo que la inducción de voltajes de la malla de alta en
la de baja sea £ a 125 V, a menos que la resistencia de cada una de ellas, en forma separada,
sea inferior a 1 W , en este caso pueden las mallas conectarse entre sí.

La resistencia de una malla de baja tensión, según la norma editada por la Superintendencia de
Servicios Eléctricos y Combustibles (SEC) queda limitada como se muestra en la expresión (5.1).

(5.1)

Donde:

65V : valor de tensión máximo a que puede quedar sometida una persona cuando sucede un
cortocircuito a tierra.

I : valor máximo de la corriente de falla monofásica, definida por la corriente de operación de las
protecciones.
1.3 Requisitos de una malla a tierra

Los requisitos que debe cumplir una malla de puesta a tierra son los siguientes:
A. Debe tener una resistencia tal, que el sistema se considere sólidamente puesto a tierra.

B. La variación de la resistencia, debido a cambios ambientales, debe ser despreciable de

manera que la corriente de falla a tierra, en cualquier momento, sea capaz de producir el
disparo de las protecciones.

C. Impedancia de onda de valor bajo para fácil paso de las descargas atmosféricas.

D. Debe conducir las corrientes de falla sin provocar gradientes de potencial peligrosos entre
sus puntos vecinos.

E. Al pasar la corriente de falla durante el tiempo máximo establecido de falla, (es decir
disparo de respaldo), no debe haber calentamientos excesivos.

F. Debe ser resistente a la corrosión.

2 Desarrollo

A continuación, se realizará un cálculo de malla a tierra con sus respectivas formulas

2.1 Datos

‐ Intensidad de cortocircuito trifásico (Icc 3 Ø) = 200 A

‐ Intensidad de cortocircuito monofásico (Icc 1 Ø) = 180 A
‐ Tiempo de operación (Top.) = 0,5 s
‐ Potencia (S)= 15 Kva
‐ Voltaje (V) = 23000/380v
2.2 Cálculos de Curva

- Con ayuda de Microsoft Excel se ingresan los datos para obtener nuestra curva a utilizar
- Tras conseguir lo anterior, se debe apreciar la curva que tenga más puntos en común entre
la alta cantidad de “Curvas Orellana”

“La con mayor número de coincidencias es la curva K13 n° 25”

- Con nuestra curva ya elegida, solo debemos llevar nuestra cruz de campo a un papel
logarítmico para establecer nuestros estratos y ρ (Rho).

K-13 1 – 5– 2,5

“Cruz de Campo”
 Rho
- ρ1 = 26,9 Ωm
- ρ2 = 26,9 x 5 = 134,5 Ωm
- ρ3 = 26,9 x 2,5 = 67,25 Ωm

Estratos

E1 = 0, 17 m
E2 = 0,17 x 25 = 4,25 m
E3 = 1000

Profundidades
-h1 = 0,17 m
-h2 = 0,17 + 4,25 = 4,42 m
-h3= 0,17 + 4,25 + 1000 = 1004,42 m

2.3 Malla propuesta:

Nuestra malla por plantear consta de 4 mts2 (2 metros de forma vertical y 2 metros de forma horizontal), y
con un reticulado de 1,0 mts como demuestra la siguiente imagen y profundidad de o,6 metros.

2 METROS

2 METROS

1,0 METROS

1,0 METROS
2.4 Resistividad equivalente del terreno.

Una forma ideal de realizar cálculos de resistencia y solicitaciones de voltaje para una puesta a
tierra ubicada en un terreno de 2 o más estratos, sería de disponer de una resistividad
equivalente que transforme un terreno en resistividad 𝜌 1 , 𝜌 2 , …𝜌 n y espesores h 1 , h 2 ,…h
n-1 . En un terreno homogéneo de resistividad 𝜌 eq ; esto, es un terreno que produjera los
mismos valores de resistencia y las mismas solicitaciones que el terreno real.

Según el método de Burdoff-Yakobs el cual propone una equivalencia de un sistema de 3 o más

estratos, a un sistema de 2 estratos, equivalente dentro de un margen aceptable.

De acuerdo con Burgsdorf-Yakobs, una puesta a tierra compuesta por un conjunto de conductores
horizontales enterrados a una profundidad “h” y un conjunto de barras verticales de longitud “l”, se
aproxima a un prisma metálico recto en la medida que se incrementa el número de elementos
verticales y su resistencia disminuye en forma asintótica hasta un valor mínimo.

Sobre la base antes expuesta, esta equivalencia aproximada a las primeras “n” capas hasta una
profundidad de “h”, queda determinado por los siguientes parámetros y expresiones

𝑆𝑢𝑝.𝑀𝑎𝑙𝑙𝑎
𝑟= √ 𝑟°′ = 𝑟 2 − 𝑏2 𝑞°′ = 2 ∗ 𝑟(𝑟 + 𝑏)
𝜋

4 = 1,132 − 0,62 = 2 ∗ 1,13(1,13 + 0,6)

= √𝜋 = 0,916 mts = 3,9 mts
= 1,13mts

1
𝑉1 = [𝑞°′ + ℎ12 + 𝑟°′ − √(𝑞°′ + ℎ12 + 𝑟°′ )2 − 4 ∗ 𝑞°′ ∗ 𝑟°′ ]
2

1
= [3,9 + 0,172 + 0,916 − √(3,9 + 0,172 + 0,916)2 − 4 ∗ 3,9 ∗ 0,916)]
2

1
= (4,844 − 3,03) = 0,906 𝑚𝑡𝑠
2

𝑉
𝐹1 = √1 − 𝑟°´1

0,906
= √1 − 0,916

= 0,1 mts
 1
𝑉2 = [𝑞°′ + ℎ12 + 𝑟°′ − √(𝑞°′ + ℎ12 + 𝑟°′ )2 − 4 ∗ 𝑞°′ ∗ 𝑟°′ ]
2

1
= [3,9 + 4,422 + 0,916 − √(3,9 + 4,422 + 0,916)2 − 4 ∗ 3,9 ∗ 0,916)]
2

1
= (24,35 − 24,05) = 0,1464𝑚𝑡𝑠
2

𝑉2
𝐹2 = √1 −
𝑟°´

0,1464
= √1 − 0,916

= 0,92 mts

1
𝑉3 = [𝑞°′ + ℎ12 + 𝑟°′ − √(𝑞°′ + ℎ12 + 𝑟°′ )2 − 4 ∗ 𝑞°′ ∗ 𝑟°′ ]
2

1
= [3,9 + 1004,422 + 0,916 − √(3,9 + 1004,422 + 0,916)2 − 4 ∗ 3,9 ∗ 0,916)]
2

1
= (1008864,35 − 1008864,35) = 0,0𝑚𝑡𝑠
2

𝑉
𝐹3 = √1 − 𝑟°´3

0
= √1 − 0,916

=1

Finalmente:
𝐹3
𝜌𝑒𝑞 = 𝐹1 𝐹2−𝐹1 𝐹3−𝐹2
𝜌1
+ 𝜌 + 𝜌
2 3

1
= 0,1464 0,92−0,1464 1−0,92
+ +
26,9 134,5 67,25

= 80,75 Ωm
2.5 Fusible

Lo primero a realizar es calcular la curva del fusible, para ello es necesario la corriente nominal y
voltaje de línea

𝑆 15 𝑘𝑣𝑎
𝐼𝑛 = ∗ 1,5 = 𝐼𝑛 = ∗ 1,5 = 𝑰𝒏 = 𝟎, 𝟓𝟔𝑨
√3 ∗ 𝑉𝐿 √3 ∗ 23000

- S = potencia aparente = 15Kva

- VL = Voltaje de línea = 23kV
Luego aproximar nuestro resultado para poder ser identificado con una de las curvas de fusible,
en nuestro caso será de 1T.
Con una operación de 0.5 segundos nos arroja una corriente de 7 A, obteniendo como conclusión
los siguientes resultados:
 Intensidad de falla (If) = 7 A
 Intensidad de falla auxiliar (Ifa)= If + 150 A = 157 A
 Intensidad de falla máxima (Ifm) = 180A

2.6 Resistencia de falla

Esta resistencia de falla permite limitar el paso de la corriente a los valores de falla auxiliar, considerando
tanto los valores de cortocircuito monofásico como trifásico, además será la indicadora de nuestra
resistencia de malla máxima.

( 3𝑉 𝑓𝑛 ) 2
− (𝑋1 + 𝑋2 + 𝑋0)2
√( 𝐼𝑓𝑎 1Ø ) 2
𝑅𝐹 =
9

- V = Voltaje = 23Kv
- Fa = Falla auxiliar = 157 A
- X = Parámetros

Parámetros:

𝑉 𝑓𝑛 23000/√3
𝑿𝟏 = 𝑿𝟐 = =} 𝑋1 = 𝑋2 = =} 𝑿𝟏 = 𝑿𝟐 = 𝟔𝟔, 𝟒 𝒐𝒉𝒎
𝐼𝑐𝑐 3Ø 200

- V = Voltaje = 23Kv
- Icc = Intensidad de cortocircuito trifásico = 2800 A

23000
3∗( )
3𝑉 𝑓𝑛 √3 − (66,4 + 66,4) = 𝑿𝟎 = 𝟖𝟖, 𝟓𝟐 𝒐𝒉𝒎
𝑿𝟎 = − (𝑋1 + 𝑋2) = 𝑋0 =
𝐼𝑐𝑐 1Ø 180

- V = Voltaje = 23Kv
- Icc = Intensidad de cortocircuito monofásico = 180 A
Resultado:

( 3 ∗ 23000/√3 ) 2
√ ( 157) 2 − (66,4 + 66,4 + 88,52)2
𝑅𝐹 = = 𝟒𝟏, 𝟑𝟕Ω
9

Nota: Para Malla tierra de media tensión se pide una resistencia de 20ohm.

2.7 Resistencia de la malla según Laurent

La resistencia de malla según Laurent es un método de cálculo que solo considera como parámetros
fundamentales la longitud de nuestro conductor y el radio equivalente de esta.

Por lo anterior, a este cálculo se le denomina como un método de aproximación y que su resultado siempre
será mayor a nuestro valor real

ρ𝑒𝑞 ρ 80,75 80,75

𝑅𝐿 = + 𝑒𝑞 =} + = 𝑹𝑳 = 𝟐𝟒, 𝟔𝟐Ω
4∗𝑟 𝐿 4 ∗ 1,128 12

- ρeq = Rho equivalente =80,75 Ω-mts

- r = Radio de malla =1,128 mts
- L= longitud de conductor = 12 m
2.8 Resistencia de la malla a tierra según Schwarz.

La resistencia de la malla de tierra de una subestación depende del terreno en el cual se instale,
la superficie de la cubierta, la resistividad equivalente del terreno, el valor de la resistencia de los
electrodos, etc. Según Schwarz.

2,3−ℎ𝑒 𝐴 8∗ℎ𝑒 ℎ𝑒 𝐴
𝐾1 = 1,43 − − 0,044 ∗ 𝐵 𝐾2 = 5,5 − + (0,15 − )∗
√𝑠𝑢𝑝. √𝑠𝑢𝑝. √𝑠𝑢𝑝. 𝐵
2,3−0,6 2 8∗0,6 0,6 4
= 1,43 − − 0,044 ∗ 2 = 5,5 − + (0,15 − )∗4
√4 √4 √4
= 0,536 = 4,3

𝑠𝑒𝑐𝑐.
𝑑 = (2 ∗ √ ) /1000
𝜋

21,2
= (2 ∗ √ ) /1000
𝜋

=5,195*10-3

𝜌𝑒𝑞 2∗𝐿 𝐾1∗𝐿

𝑅𝑠𝑤 = [𝑙𝑛 ( ) + − 𝐾2]
𝜋∗𝐿 √ℎ∗𝑑 √𝑠𝑢𝑝.

80,75 2∗12 0.536∗12

= [𝑙𝑛 ( )+ − 4,3]
𝜋∗12 √0,6∗(5,195∗10−3 ) √4

= 10,67 Ω
2.9 Calculo para If’

Al valor de la corriente de falla obtenido anteriormente se debe agregar dos factores, por concepto de las
componentes de C.C. en los primeros instantes de la IF y por el crecimiento vegetativo del sistema.

Para los 157 Amp de IF, el tiempo de operación del fusible es de 0.05 Seg. Por tabla se aplica un factor de
decremento (FD) de 1.40

Tabla de Factores

F= 50 Hz

T(seg) FD

0.01 1.70

0.02 1.62

0.04 1.50

0.05 1.40

0.08 1.32

0.10 1.25

0.25 1.10

0.50 1.00
Formula:

𝐼𝑓 ′ = 𝐼𝑓𝑎 ∗ 𝐹𝐷 = 157 ∗ 1.40 = 𝐼𝑓′ = 219,8 𝐴

- Ifa = Intensidad de falla auxiliar = 157 A

- FD = Factor Decremento = 1.40

2.10 Sección del conductor

La sección de nuestro conductor está establecida por norma eléctrica, pero no por ello deja de ser
importante conocer nuestro conductor

𝐼𝑓′
𝑆𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 =
𝑇𝑚 − 𝑇𝑎
√log( 234 + 𝑇𝑎 + 1)
33 ∗ 𝑡

Valores:

If’ = Corriente de falla aplicada a factor de decremento {157 A}

Tm = Temperatura máxima a ser aplicada (considerar termofusión) {1083°C}

Ta = Temperatura ambiente {25°C}

t = Tiempo de aplicación de corriente {0,5s}

Resultado:

910 157
𝑺𝒆𝒄𝒄𝒊ó𝒏 = = = 𝑆𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 = 𝟎, 𝟒𝒎𝒎𝟐
1083 − 25 394,8
√log( 234 + 25 + 1)
33 ∗ 0,5

Según normativa se debe utilizar como mínimo una sección de 21,2 mm2
3 Consideraciones de diseño:

 De acuerdo a los datos obtenidos debe construir una malla tierra de 2 x 2 metros
cuadrados con reticulado de un metro.
 La longitud del conductor debe ser de 12 metros.
 La profundidad de enterramiento debe ser mínimo de 0,6 metros.
 Debe utilizar soldadura por termo fusión (cadwell) para todas las conexiones.
 Debe agregar ADITIVO GEO GEL SACO 7KG FEDERAL GEL consideré 2 sacos
como mínimo.
 Debe agregar 5 barras coperwell de 1,5 x 5/8”.
 Debe agregar 2 puntos de conexión con cámara de registro de 110mm para
medición y/o conexión hacia tablero general.
 Debe utilizar un conductor de cobre desnudo de 21,2 mm2 como mínimo.