Consulta sobre comportamiento en el transitorio electrodo helicoidal con las espiras en cortocircuito.

CARLOS ALBERTO GOLD

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May 30, 2012, 9:28:12 AM5/30/12

to listaelectricasm

Estimados Listeros:

Les consulto su opinión (ó intercambiar algún artículo que trate y analice) el siguiente tema para las puestas a tierras de torres de transmisión:

Reemplazar un electrodo simple vertical (jabalina, hasta, ó varilla) por un cable de cobre enrrollado formando espiras y luego cortocircuitadas como se indica en el croquis adjunto.

¿Hay manera de calcular la capacitancia del electrodo de tierra para comprobar que la impedancia de impulso mejora con esta configuración?. O dicho de otra manera, si la geometría del electrodo, simulando un gran diámetro influye en aumentar la Capacitancia sin aumentar su inductancia de manera que disminuya la impedancia de impulso durante el transitorio?

Por ejemplo, para una puesta a tierra de una torre, además de varias ramas en paralelo, ¿sería mejor un electrodo constituido por un cable de cobre enrollado formando una helicoide, con todas las espiras en cortocircuito, por ejemplo de 0,50 m de diámetro y longitud vertical de 2,5 m?. ¿Trabajaría mejor que un simple electrodo vertical de 2,5 m?

Se agradecerá compartir bibliografía que trate estos asuntos.

Cordiales saludos,

Carlos

Ing. Carlos Alberto Gold

Líneas de Transmisión

Venecia Nº 36; Bº Apipé

3400 Corrientes ARGENTINA

E-mail: cagol...@gmail.com

Skipe:carlos.gold

Tel fijo : 54-3783-456776

Tel móvil: 54-3783-777519

CROQUIS DE PAT. HELICOIDAL.docx

Juan M. Salas

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Jun 3, 2012, 9:56:33 PM6/3/12

to CARLOS ALBERTO GOLD, listaelectricasm

Estimado Carlos:

Las puestas a tierra helicoidales las he visto en sistemas de distribución, en bancos de transformadores. En sistemas de transmisión se usa la convencional de los electrodos de cobre y aleación de acero conectado a conductores desnudos de cobre de alrededor de 2,5 m.

Quien tenga el programa de cálculo y simulación ETAP aplicado a puesta a tierra puede llegar a un resultado concluyente. Aun hay oportunidades de mejora. Ahora, qué ventajas desde el punto de vista de instalación estarían asociadas a esa propuesta?

Saludos,

Juan M. Salas

Ing. Electricista

Maracaibo, Venezuela

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www.listaelectrica.org

LISTA ELECTRICA SALVADOR MARTINEZ

"Somos la Lista de Consulta por Referencia de America Latina y Europa"

CARLOS ALBERTO GOLD

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Jun 4, 2012, 8:53:17 AM6/4/12

to Juan M. Salas, listaelectricasm, Juvencio Molina, Mauricio Quiñones, omar graterol

Estimado Juan:

Gracias por responder. En cuanto a tu pregunta, muy sintéticamente resumo que para las puestas a tierras de las lineas de transmision es muy importante analizarlas durante el transitorio.

Es así que se demuestra la ventajas de usar varios electrodos cortos en vez de uno largo.

También se demuestra que los electrodos pueden trabajar durante el transitorio (alta frecuencia, del orden de 1 Mz) como inductivo, resistivo ó capacitivo. Este último es el más favorable ya que su impedancia baja al aumentar la frecuencia. Lo contrario al inductivo.

Pero para lograr el comportmaiento capacitivo los electrodos deben ser "cortos" de pocos metros, y en terrenos de alta resitividad. Como al mismo tiempo hay que lograr una Resistencia de bajo valor en ohms, se presenta la necesidad opuesta, es decir de longitudes largas.

Una manera, podría ser lograr una resistencia baja, con un gran contacto con la tierra, y a la vez corto para el transitorio. De allí la idea de utilizar un helicoide.

Para evitar que las espiras formen una Bobina, se cortocircuitan las espiras, aunque finalmente quedaría reducido a una sola espira.

La duda es si no se presentan muchas inductancias,aún con las espiras cortocircuitadas y el resultado termina siendo adverso.

También sería bueno demostrar que comparando con un electrodo vertical de la misma longitud se incrementa la capacidad y por ende se disminuye la impedancia de impulso, igual a la raiz cuadrada de L/C si mal no recuerdo. Es decir ver si influye de manera positiva la geometría del electrodo. (esto sería fundamental). Tal vez con un modelo en ATP se pueda analizarlo. Ignoro si ello es complicado ó no. LO que me llama la atención y me hace dudar, es que si esto fuera verdad, porqué no se utiliza?

Si te interesa el tema, ó algún otro listero, podemos seguir adelante con los análisis.

Cordialmente,

Carlos.

--

Humberto Tello

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Jun 6, 2012, 12:22:39 AM6/6/12

to CARLOS ALBERTO GOLD, listaelectricasm

Carlos:

La capacitancia de un electrodo respecto a la tierra remota, depende de que haya un material dieléctrico entre el electrodo y la llamada tierra remota, la tierra común no tiene esta propiedad y además que se tenga un electrodo de 2.5m con un diámetro de 0.5 m, desde el punto de vista de la capacitancia sea cual sea el electrodo, este es un punto comparado con la inmensidad de la tierra. Lo que si incide en el valor de la resistencia de puesta a tierra es el diámetro del electrodo, pero siempre y cuando lo que tenga dentro del diámetro sea conductor.

Simulamos en el un software de elementos finitos, el arreglo propuesto y un contrapeso convencional, con los siguientes resultados:

1. Arreglo propuesto como un espiral de elementos rectos de 36 cm:

Isométrico vista de techo vista de lado

Resumen del suelo:

Nombre de la subestación Espiral

Proyecto esppiral

Estudio Prueba electrodo en espiral

Parámetros

Título Espiral 2m paso 0.4 diámetro 0.2

Modelo de suelo Estratificado en 2 capas

Modelo securitario IEEE Std. 80-2000

Espesor de la capa superficial 0.2 metros

Resistividad de la capa superficial 2500 ohm-m

Duración del choque eléctrico 0.5 secs

Peso corporal 50 kg

Resultados de salida

Espesor de la capa superior 2.67 metros

Resistividad de la capa superior 101.33 ohm-m

Resistividad de la capa inferior 301.4 ohm-m

Tensión máxima de contacto 670.82 voltios

Tensión máxima de paso 2191.13 voltios

Factor Cs de reducción 0.823771

Valores supuestos

Distancia sondas Resistividad calculada

(metros) (ohm-m)

0.12 101.33

0.23 101.35

0.35 101.41

0.46 101.53

0.58 101.72

0.69 101.99

0.81 102.36

0.92 102.83

1.04 103.41

1.15 104.11

1.27 104.92

1.38 105.85

1.5 106.89

1.61 108.03

1.73 109.28

1.84 110.62

1.96 112.05

2.07 113.57

2.19 115.15

2.3 116.81

2.42 118.52

2.53 120.28

2.65 122.08

2.76 123.92

2.88 125.79

2.99 127.68

3.11 129.6

3.22 131.52

3.34 133.46

3.45 135.4

3.57 137.34

3.68 139.27

3.8 141.2

3.91 143.12

4.03 145.03

4.14 146.93

4.26 148.81

4.37 150.68

4.49 152.52

4.6 154.35

4.72 156.16

4.83 157.94

4.95 159.7

5.06 161.44

5.18 163.16

5.29 164.85

5.41 166.52

5.52 168.17

5.64 169.79

5.75 171.39

5.87 172.96

5.98 174.51

6.1 176.03

6.21 177.54

6.33 179.01

6.44 180.47

6.56 181.9

6.67 183.31

6.79 184.7

6.9 186.07

7.02 187.41

7.13 188.73

7.25 190.04

7.36 191.32

7.48 192.58

7.59 193.82

7.71 195.04

7.82 196.24

7.94 197.42

8.05 198.58

8.17 199.73

8.28 200.85

8.4 201.96

8.51 203.05

8.63 204.13

8.74 205.19

8.86 206.23

8.97 207.25

9.09 208.26

9.2 209.26

9.32 210.24

9.43 211.2

9.55 212.15

9.66 213.09

9.78 214.01

9.89 214.92

10.01 215.81

10.12 216.69

10.24 217.56

10.35 218.41

10.47 219.26

10.58 220.09

10.7 220.9

10.81 221.71

10.93 222.5

11.04 223.29

11.16 224.06

11.27 224.82

11.39 225.57

11.5 226.31

Valores puestos en tabla

Error RMS 3.87 %

Distancia sondas Resistividad medida Resistividad calculada Error

(metros) (ohm-m) (ohm-m) (%)

1 100 103.22 3.22

2 120 112.62 -6.15

4 140 144.61 3.29

8 200 198.08 -0.96

El análisis que arroja el programa es:

Nombre de la subestación Espiral

Proyecto esppiral

Estudio Prueba electrodo en espiral

Parámetros

Spec. Z paralelo equivalente Z infinito

Frecuencia nominal 60 hz

Nombre de la barra Desconocido

Corriente de falla LG 100 amps

Contribución a distancia 100 %

Espesor de la capa superior 2.67 metros

Resistividad de la capa superior 101.33 ohm-m

Resistividad de la capa inferior 301.4 ohm-m

Resultados de salida

Elementos del electrodo primario

X1 Y1 Z1 X2 Y2 Z2 Longitud Radio Corriente Electrodo

(metros) (mm) (amps) (#)

0.2 0 0 0 0.2 0.1 0.3 5.3 4.0076 Asy 1

0 0.2 0.1 -0.2 0 0.2 0.3 5.3 4.4939 Asy 2

-0.2 0 0.2 0 -0.2 0.3 0.3 5.3 4.6782 Asy 3

0 -0.2 0.3 0.2 0 0.4 0.3 5.3 4.6357 Asy 4

0.2 0 0.4 0 0.2 0.5 0.3 5.3 4.5542 Asy 5

0 0.2 0.5 -0.2 0 0.6 0.3 5.3 4.5572 Asy 6

-0.2 0 0.6 0 -0.2 0.7 0.3 5.3 4.5846 Asy 7

0 -0.2 0.7 0.2 0 0.8 0.3 5.3 4.5992 Asy 8

0.2 0 0.8 0 0.2 0.9 0.3 5.3 4.6155 Asy 9

0 0.2 0.9 -0.2 0 1 0.3 5.3 4.6474 Asy 10

-0.2 0 1 0 -0.2 1.1 0.3 5.3 4.6867 Asy 11

0 -0.2 1.1 0.2 0 1.2 0.3 5.3 4.7368 Asy 12

0.2 0 1.2 0 0.2 1.3 0.3 5.3 4.8114 Asy 13

0 0.2 1.3 -0.2 0 1.4 0.3 5.3 4.9002 Asy 14

-0.2 0 1.4 0 -0.2 1.5 0.3 5.3 4.9932 Asy 15

0 -0.2 1.5 0.2 0 1.6 0.3 5.3 5.1464 Asy 16

0.2 0 1.6 0 0.2 1.7 0.3 5.3 5.4662 Asy 17

0 0.2 1.7 -0.2 0 1.8 0.3 5.3 5.8491 Asy 18

-0.2 0 1.8 0 -0.2 1.9 0.3 5.3 6.1093 Asy 19

0 -0.2 1.9 0.2 0 2 0.3 5.3 7.5835 Asy 20

Longitud total de los conductores primarios 6 metros

Número total de elementos 20

Elevación del potencial de tierra 3526.42 voltios

Resistencia de tierra calculada 34.483 ohmios

Impedancia equivalente 34.3645 ohmios

Si se analiza un contrapeso de 6 m enterrado en el mismo suelo a 0.5 m de profundidad

el resultado sería:

Nombre de la subestación Espiral

Proyecto esppiral

Estudio Prueba electrodo en espiral

Parámetros

Spec. Z paralelo equivalente Z infinito

Frecuencia nominal 60 hz

Nombre de la barra Desconocido

Corriente de falla LG 100 amps

Contribución a distancia 100 %

Espesor de la capa superior 2.67 metros

Resistividad de la capa superior 101.33 ohm-m

Resistividad de la capa inferior 301.4 ohm-m

Resultados de salida

Elementos del electrodo primario

X1 Y1 Z1 X2 Y2 Z2 Longitud Radio Corriente Electrodo

(metros) (mm) (amps) (#)

0 0 0.5 6 0 0.5 6 5.3 99.7366 Asy 21

Longitud total de los conductores primarios 6 metros

Número total de elementos 1

Elevación del potencial de tierra 2702.85 voltios

Resistencia de tierra calculada 26.4084 ohmios

Impedancia equivalente 26.3388 ohmios

En conclusión el contrapeso da una resistencia menor que el arreglo en espiral y con toda certeza la inductancia de un cable extendido es muchísimo menor que la inductancia de una espiral.

El recorrido de un transitorio tipo rayo de 1.2 micro segundos de frente de onda para que varie de 0 a su máximo valor es 360 m, por lo que en 6 m el efecto de las ondas reflejadas es nulo.

Atte,

Humberto Tello

Bogotá Colombia

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CARLOS ALBERTO GOLD

unread,

Jun 6, 2012, 3:41:48 PM6/6/12

to Humberto Tello, listaelectricasm

Estimado Humberto:

He recibido tu excelente trabajo. Lo estudiaré y me comunicaré contigo. Quedo muy reconocido por tu aporte y por tu gesto. Muchísimas Gracias!!

Un muy cordial saludo,

Carlos

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Ernesto Noriega

unread,

Jun 8, 2012, 12:15:01 PM6/8/12

to CARLOS ALBERTO GOLD, lista Salvador Martinez

Hola Carlos,

Espero que estes bien. De acuerdo a tu inquietud te comento que la decision de utilizar la pletina de acero galvanizada en caliente en la construccion de puestas a tierra en Lineas de Transmision, es por tema economico, pero ademas por el gran problema que existe en el Peru con el robo del cobre. Con relacion al aspecto tecnico, te comento que en suelos de alta resistividad (en los cerros peruanos las resistividades del terreno estan tan por encima de los 10000 Ohm.m) el uso de puestas a tierra construidas con pletinas o planchas metalicas es mucho mas efectivo que utilizar conductores redondos, ya que el area de contacto con el terreno es mayor.

Saludos cordiales,

M.Sc. Ernesto Noriega Stefanov

De: CARLOS ALBERTO GOLD <cagol...@gmail.com>
Para: Ernesto Noriega <ens...@yahoo.com>
CC: Carlos Gerardo Iraheta Moreno <cgir...@hotmail.com>; Edgardo Fisch <edgard...@gmail.com>; Juvencio Molina <juve...@gmail.com>; Mauricio Quiñones <jmauricio...@gmail.com>; omar graterol <ogra...@yahoo.es>; Omar Medrano <omedra...@yahoo.com>
Enviado: Viernes, 8 de junio, 2012 12:15 A.M.
Asunto: Re: Puestas a Tierra con Acero Galvanizado

Hola Ernesto:

Recién puedo contestar tu mail.

Leyendo la documentación enviada, entiendo a lo que apunta.

La economía del 40 % personalmente no me importa porque deberíamos poner en el contexto de la inversión el cable de guarda y lo que significa en la elevacion de las estructuras y fundaciones, por lo que ahorrar en el material en sí lo veo hasta casi intrascendente, pero sí bien orientado cuando se habla de la corrosión. Aún hoy en muchos paises se emplean torres de transmisión cuyas fundaciones son grillas metálicas de acero galvanizado enterradas. Allí sería mortal el uso de cobre en las puestas a tierras. Creo que es como un ejemplo fuerte el uso de acero versus cobre. En la Argentina vaya uno a saber porqué, pero no se usan grillas sino sólo fundaciones de hormigón armado, donde el ataque del cobre es mínimo. El uso en realidad es del acero cobreado.

Pero me interesó mucho la parte que habla que para ph menores de 7 lo aconsejado en el acero galvanizado y no el cobre. Eso sería otro punto fuerte a favor del acero.

Particularmente me gustaría contar con más informacion sobre el tema de corrosion del acero para ph mayor y menor que 7. Muy agradecido si puedes enviárme papers, publicacones sobre el tema.

Por ultimo, los km de acero para el Perú, ha sido comprado por un tema especial, ó por el precio? Me gustaría saber si hubieron razones especiales. sobre lo segundo ya te he dado mi opinión.

Cordialmente,

Carlos

El 6 de junio de 2012 21:02, Ernesto Noriega <ens...@yahoo.com> escribió:

Hola Carlos,

Espero que estes bien. Parece interesante el informe que envio este colega colombiano sobre el comportamiento al impulso de la configuracion de puesta a tierra que propones. Ya hace rato que no participo en la Lista, ya que estoy muy ocupado en Peru. Queria, enviarte una pequena presentacion sobre el uso del acero galvanizado en la construccion de puestas a tierra para lineas de transmision y otro tipo de instalaciones. Te comento que he vendido en el Peru hace poco 15 km, de pletina galvanizada en caliente de 30*4 mm que se utilizaran en la construccion de puestas a tierra para torres de transmision.

Quizas en Argentina puedan usar esta tecnica, que resulta mas economica y en ocasiones mas viable que el cobre.

Espero tus comentarios.

Un saludo fraternal,

M.Sc. Ernesto Noriega Stefanov

Consultor en Líneas de Transmisión

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rmendozaing

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Jun 27, 2012, 11:05:43 AM6/27/12

to listaele...@googlegroups.com

Estimado:
En el comportamiento transitorio, lo importante es la impedancia de onda que presenta la configuración ante el impulso de rayo que viaja por la torre hacia el suelo.
Si bien es posible actuar sobre esta impedancia de onda modificando los valores de capacitancia, lo mas sencillo es ramificar el enmallado (mallas tipo araña). En el punto de ramificación, al salir dos (o mas vias) en paralelo, la impedancia de onda se reduce al paralelo de las ramas. Ahora bien, en el punto de ramificación tambien se produce una reflexión (por el desacople thevenin entre las impedancias de onda) lo que genera una onda de regreso hacia la torre.
Es interesante el diseño planteado, pero habria que analizarlo en terminos de transitorios (reflexiones, etc). Ahora bien dependiendo de las dimensiones de la configuración, es posible que actue como solo una masa solida (considerando que el frente de onda tipico de rayo tiene una longitud del orden de 30 a 100m)-.
El ETAP (y la mayoria de los softwares que calculan mallas de tierra industriales o para subestaciones) no permite el análisis transitorio de estas mallas (solo calcula la resistencia a frecuencia industrial, o mejor dicho la resistencia DC, sin considerar efectos inductivos ni capacitivos), por lo que no aporta mucho a la comprensión del comportamiento transiente (altas frecuencias).
Creo que este tema tiene material suficiente como para plantearlo como una tesis de grado.
Saludos
Rene Mendoza
Ing. Civil Electricista.
Santiago- Chile

CARLOS ALBERTO GOLD

unread,

Jun 27, 2012, 2:19:31 PM6/27/12

to rmendozaing, listaele...@googlegroups.com

Hola René:

Gracias por responder mi mail. Efectivamente la ramificación es la primera solución. La consulta era para reemplazar (adicionalmente) el electrodo vertical (Jabalina) por una helicoide de gran diámeto pero con sus espiras cortocircuitadas. He recibido varias respuestas, aunque persisten algunas dudas. Lo que me extraña es no haber leido algo en pro ó en contra en algo que pareciera ser tan simple.

Saludos,

Carlos

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LISTA ELECTRICA SALVADOR MARTINEZ

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