Esta publicación se centra en explicar que condiciones han de cumplirse para poder unificar las tres puestas a tierra (PAT) que pueden requerirse en un suministro conectado en alta tensión. Para profundizar sobre el diseño y cálculo de las puestas a tierra recomiendo consultar las siguientes entradas, con la hoja de cálculo facilitada en el tercer link listado se pueden comprobar las condiciones explicadas:
CÁLCULO DE LA PUESTA A TIERRA EN INSTALACIONES DE BAJA TENSIÓN
CÁLCULO DE LA PUESTA A TIERRA EN CENTROS DE TRANSFORMACIÓN (METODOLOGÍA UNESA, ≤ 30 [kV])
HOJA EXCEL PARA EL DISEÑO DE LA PUESTA A TIERRA DE SUMINISTROS CONECTADOS EN ALTA TENSIÓN
Cabe aclarar que el término «unificar» se refiere a la ejecución de una única red de electrodos en lugar dos o tres (según el caso) puestas a tierra independientes entre sí. El principal objetivo de esta acción es el ahorro económico y simplificar la ejecución, pero también puede ser algo necesario en aquellos emplazamientos donde sea imposible mantener las distancias mínimas exigidas para asegurar la independencia de los diferentes sistemas de puesta a tierra.
ÍNDICE DE CONTENIDOS
- Sistemas de puesta a tierra
- PAT unificada de neutro y herrajes
- PAT unificada de neutro y utilización
- PAT unificada de utilización y herrajes
- PAT unificada de neutro, utilización y herrajes
- Caso práctico
SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA
En suministros de alta tensión la instalación del consumidor normalmente cuenta con tres sistemas de puesta a tierra, uno para el centro de transformación de alta tensión o apoyo (PAT de herrajes), otro para el neutro del sistema (PAT de servicio) y un tercero para las masas metálicas del edificio o emplazamiento (PAT de utilización). A cada una de ellas corresponde asociar ciertos elementos del suministro:
- PAT neutro (servicio), se asocian a esta red de tierras estos componentes → bornes de puesta a tierra de los transformadores de intensidad de baja tensión, neutro de los transformadores y pararrayos de baja tensión.
- PAT utilización (BT), se unen a ella las masas capaces de transferir tensión a los usuarios en caso de defecto → masas metálicas accesibles de los aparatos receptores, canalizaciones principales de agua y gas del edificio, depósitos de combustible, antenas de telecomunicaciones y masas metálicas cercanas a las instalaciones eléctricas (armarios, bandejas portacables, tubos). Este sistema de puesta a tierra no existe en instalaciones de compañía (distribución pública).
- PAT herrajes (AT), se conectan a esta puesta a tierra los siguientes elementos → masas de alta tensión, envolturas o pantallas metálicas de los cables de AT, pantallas o enrejados de protección, armaduras metálicas interiores del edificio prefabricado, bornes de tierra de los detectores de tensión, cuba metálica de los transformadores, pararrayos de AT, masas de BT ubicadas dentro del CT o apoyo y bornes para la puesta a tierra de los dispositivos portátiles de puesta a tierra. Las puertas de acceso y rejillas de ventilación del CT por regla general no se conectan a tierra.
PAT UNIFICADA DE NEUTRO Y HERRAJES
La metodología UNESA descrita en el documento Método de Cálculo y Proyecto de Instalaciones de Puesta a Tierra para Centros de Transformación de 3ª Categoría establece que para poder unificar la puesta a tierra de los elementos de alta tensión del CT (herrajes) y la del neutro (servicio) es necesario que la tensión de defecto sea inferior a 1000 [V].
Este criterio está en consonancia con los proyectos tipo y normas particulares de las principales empresas distribuidoras: UFD (IT.0120.ES.RE.PTP), i-DE (MT 2.11.33) y E-Distribución (FYZ30000). También es acorde al Punto 11 de la ITC-BT-18 del REBT para sistemas TT y con duración de defecto de hasta 5 [s]. Por lo tanto la condición a cumplir es la siguiente:
UD = RT-AT · ID ≤ 1000 [V]
| Símbolo | Descripción | U |
|---|---|---|
| UD | Tensión de defecto a tierra en caso de defecto | [V] |
| RT-AT | Resistencia de la puesta a tierra de herrajes del CT | [Ω] |
| ID | Intensidad de defecto de la red de AT, dato informado por la distribuidora Nota 1: su valor se puede reducir en acometidas con las pantallas puestas a tierra Nota 2: la reducción se puede estimar con el teorema de Thévenin o consultarse en guías | [A] |
El cumplimiento de esta condición también permite la instalación de cuadros de baja tensión normales (aislamiento de 1 a 1,5 [kV] acorde a la Guía-BT-Anexo 4 – Ed. sep 03 / Rev. 1) dentro del centro de alta tensión de abonado. No obstante, en instalaciones de compañía (distribución pública) el nivel de aislamiento de estos cuadros deberá ser siempre de al menos 10 [kV] (P4.3.3.5 de la ITC-RAT-14).
PAT UNIFICADA DE NEUTRO Y UTILIZACIÓN
Si se desea unificar las puestas a tierra del neutro (servicio) y de utilización de baja tensión es necesario cumplir los requisitos indicados en el Punto 2 de la ITC-BT-08, en resumidas cuentas esto implica que la resistencia de la puesta a tierra de utilización debe ser como mucho de 2 [Ω]. Este esquema de puesta a tierra se denomina TN.
RT-BT ≤ 2 [Ω]
| Nomenclatura | Descripción | Unidad |
|---|---|---|
| RT-BT | Resistencia de la puesta a tierra de utilización (masas BT) | [Ω] |
PAT UNIFICADA DE UTILIZACIÓN Y HERRAJES
La unión de estos dos sistemas es bastante delicado, ya que un defecto en alta tensión se transmitirá a todos los elementos de baja tensión del edificio o emplazamiento, lo cual puede suponer un riesgo importante para las personas y equipos si la tensión de defecto es elevada.
El Punto 11 de la ITC-BT-18 del REBT establece que esta configuración de puesta a tierra solo puede ejecutarse cuando la tensión de contacto máxima admisible (UC), calculada acorde a lo indicado en el Punto 1 de la ITC-RAT-13, sea mayor a la tensión de defecto a tierra (UD).
Criterio Punto 11 de la ITC-BT-18: UD = RT-AT · ID ≤ UC | Máximo 1000 [V]
Fórmula 1 de la ITC-RAT-13: UC = UCA · (1 + (0,5 · Ra1 + 1,5 · ρS) / 1000)
Fórmula 3 de la ITC-RAT-13: ρS = CS · ρS0 → CS = 1 – 0,106 · (1 – ρ/ρS0) / (2 · hS + 0,106)
| Símbolo | Descripción | U |
|---|---|---|
| UD | Tensión de defecto a tierra en caso de defecto | [V] |
| RT-AT | Resistencia de la puesta a tierra de herrajes del CT | [Ω] |
| ID | Intensidad de defecto de la red de AT, dato informado por la distribuidora Nota 1: su valor se puede reducir en acometidas con las pantallas puestas a tierra Nota 2: la reducción se puede estimar con el teorema de Thévenin o consultarse en guías | [A] |
| UC | Tensión de contacto máxima admisible (Fórmula 1 de la ITC-RAT-13) Nota: tomar 1000 [V] de valor límite si UC fuese mayor | [V] |
| UCA | Tensión de contacto aplicada admisible, depende del tiempo de despeje de falta Nota: consultar la Tabla 1 de la ITC-RAT-13, el tiempo de despeje lo facilita la distribuidora | [V] |
| Ra1 | Resistencia equivalente del calzado de un pie cuya suela sea aislante, 2000 [Ω] Nota: si los usuarios pueden ir descalzos toma un valor de 0 [Ω] | [Ω] |
| ρS | Resistividad superficial de la zona de utilización, tomar la más desfavorable | [Ωm] |
| ρS0 | Resistividad superficial de la zona de utilización considerada sin corregir | [Ωm] |
| CS | Coeficiente corrector de la resistencia superficial (Fórmula 3 de la ITC-RAT-13) | [-] |
| ρ | Resistividad del propio terreno | [Ωm] |
| hS | Espesor de la capa superficial de la zona de utilización considerada | [m] |
Es necesario aclarar que el documento Guía-BT-18 (Edición Oct 05 / Revisión 1) establece una fórmula diferente (se expone abajo) para el cálculo de la tensión de contacto máxima admisible (UC), esto se debe a que hace referencia a una versión antigua de la ITC-RAT-13 que ya no está en vigor:
PAT UNIFICADA DE NEUTRO, UTILIZACIÓN Y HERRAJES
Para poder unificar todos los sistemas de puesta a tierra (solo herrajes AT, i.e anular las tierras de neutro-servicio y utilización BT) se deben cumplir todas las condiciones expuestas en los anteriores apartados, esto en la práctica es difícil de lograr, pero no es inviable si se obtiene una resistencia de puesta a tierra muy baja:
Condición 1, unión PAT neutro-servicio + PAT herrajes AT → UD = RT-AT · ID ≤ 1000 [V]
Condición 2, unión PAT neutro-servicio + PAT utilización BT → RT-AT < 2 [Ω]
Condición 3, unión PAT herrajes AT + PAT utilización BT → UD = RT-AT · ID ≤ UC
CASO PRÁCTICO
Se desea saber que condiciones de resistencia de puesta a tierra se deben cumplir para poder unificar los diferentes sistemas de un suministro en alta tensión. La línea subterránea que alimenta el CT de abonado tiene una intensidad de defecto de 500 [A], un tiempo de despeje de falta de 1 [s] y cuenta sus cables cuentan con apantallamiento puesto a tierra.
La resistividad del terreno es de 200 [Ωm]. Todas las masas de utilización del edificio suministrado se ubican en zonas pavimentadas, con un espesor mínimo de hormigón de 0,20 [m], el cual se estima tiene una resistividad de 3000 [Ωm]. Dado el tipo de edificio se considera probable que los usuarios vayan descalzos.
PASO 1 – Ajuste de la intensidad de defecto.
En base al documento Guía-BT-18 (Edición Oct 05 / Revisión 1), en líneas subterráneas con sus pantallas puestas a tierra se puede aplicar un coeficiente reductor de 0,50 a 0,60 sobre la intensidad de defecto si el aislamiento es de XLPE y la pantalla es de al menos 16 [mm2]; dado que los cables usados en las redes subterráneas de distribución de AT de España cumplen esto, la intensidad de defecto corregida será de 300 [A] (0,6 · 500).
PASO 2 – Valor para poder prescindir de la PAT de servicio y unir el neutro a la PAT de herrajes.
La tensión de defecto deberá ser como máximo de 1000 [V] para poder realizar esta unión, por lo tanto:
UD = RT-AT · ID = RT-AT · 300 ≤ 1000 [V] → RT-AT ≤ 1000 / 300 = 3,33 [Ω]
PASO 3 – Valor para poder prescindir de la PAT de servicio y unir el neutro a la PAT de utilización.
La norma ITC-BT-08 establece un valor máximo de 2,00 [Ω], no es necesario realizar cálculo alguno.
PASO 4 – Valor para poder prescindir de la PAT de utilización y unirla a la PAT de herrajes.
Para comprobar esta condición primero se debe calcular la resistividad corregida de la superficie considerada (1-2) y la tensión de contacto aplicada admisible (3), con estos parámetros se procede a determinar la tensión de contacto máxima admisible (4) y con esta se deduce el valor límite de la puesta a tierra (5).
- CS = 1 – 0,106 · (1 – ρ/ρS0) / (2 · hS + 0,106) = 1 – 0,106 · (1 – 200/3000) / (2 · 0,2 + 0,106) = 0,804
- ρS = CS · ρS0 = 0,804 · 3000,00 = 2412,00 [Ωm]
- UCA = f(Tiempo de despeje, Tabla 1 ITC-RAT-13) = 107,00 [V]
- UC = UCA · (1 + (0,5 · Ra1 + 1,5 · ρS) / 1000) = 107 · (1 + (0,5 · 0 + 1,5 · 2400) / 1000) = 494,13 [V]
- UD = RT-AT · ID ≤ UC → RT-AT = 492,20 / 300 = 1,65 [Ω]
A modo informativo se expone a continuación el proceso de cálculo realizado mediante la antigua fórmula recogida en la Guía-BT-18 (Edición Oct 05 / Revisión 1), que como se indicó anteriormente se basa en una versión anterior de la ITC-RAT-13:
- CS = 1 – 0,106 · (1 – ρ/ρS0) / (2 · hS + 0,106) = 1 – 0,106 · (1 – 200/3000) / (2 · 0,2 + 0,106) = 0,804
- ρS = CS · ρS0 = 0,804 · 3000,00 = 2412,00 [Ωm]
- t = 1 → 0,9 < t ≤ 3,0 → k = 78,50 & n = 0,18
- UC = (k / tn) · (1 + 1,5 · ρS / 1000) = (78,50/0,900,18) · (1 + 1,5 · 2412,00 / 1000,00) = 369,45 [V]
- UD = RT-AT · ID ≤ UC → RT-AT = 369,45 / 300 = 1,23 [Ω]
PASO 5 – Conclusiones y comentarios finales.
En base a estos resultados se concluye que para poder disponer de una única puesta a tierra se deberá obtener una resistencia de como máximo 1,65 [Ω]. Si se desea unir la tierra de utilización de BT con la del neutro y ejecutar a parte la de herrajes de AT entonces el límite es de 2,00 [Ω].
Por último, para poder juntar las tierras de neutro y herrajes el valor límite aumenta a 3,33 [Ω], esta resistencia también marca el punto a partir del cual se admite el montaje de cuadros de baja tensión (con 1 [kV] de aislamiento) dentro de la instalación de alta tensión (CT o apoyo).
Muy claro y educativo. Gracias por todo el contenido!
Gracias por el artículo. Un saludo de Juanma de Geesol.
Hola Juanma, me alegro que te haya sido útil. Saludos!