HOJA EXCEL PARA EL CÁLCULO DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA EN CENTROS DE SECCIONAMIENTO Y TRANSFORMACIÓN DE i-DE (IBERDROLA)

Los sistemas de puesta a tierra en centros de media tensión -ya sean de seccionamiento, transformación y/o medida- en España se calculan normalmente empleando la Metodología UNESA (que es conforme a la ITC-RAT 13), cuya aplicación se abordó extensamente en las siguientes dos publicaciones:

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

Autoría: Ingeniero Solitario (Autoconsumo y Autarquía)

Este método sin embargo no sirve para las instalaciones conectadas a la red de la empresa distribuidora i-DE Redes Eléctricas Inteligentes, S.A (i.e Iberdrola) que decidió implantar su propio método de cálculo a través de los documentos técnicos MT 2.11.33 (actual) y MT 2.11.34 (antigua):

<<< Aclaración 14/12/2024: la Norma MT 2.11.34 está realmente anulada y sustituida por la MT 2.11.33, pero las fórmulas, métodos y tablas de ambos documentos son iguales. La Norma MT 2.11.34 sigue siendo la de referencia para centros de compañía en edificios de otros usos. >>>

Esto supone una complicación adicional para la proyección de nuevas instalaciones donde esta es la distribuidora de referencia, ya que sus técnicos rechazan la Metodología UNESA a pesar de dar resultados muy similares a los de su propia normativa. Es necesario aclarar que esto aplica sobre todo a las instalaciones de compañía, pero a veces también a las de abonado a pesar de estar fuera del alcance de dichas normas.

Además, cabe destacar que actualmente (10/2024) i-DE es la única gran distribuidora que en todas sus zonas se niega a ofrecer Cartas de condiciones técnico-económicas completas (excepto cuando es «a baremo»), por lo que casi siempre corresponde a los promotores realizar sus instalaciones y líneas para después cedérselas. Por ello es importante aplicar bien su normativa para que los proyectos elaborados obtengan su carta de conformidad.

En esta publicación se explica como calcular el sistema de puesta a tierra de instalaciones conectadas a la red de media tensión de i-DE utilizando la siguiente hoja Excel que he preparado para facilitar el proceso de diseño de manera acorde a sus normas técnicas particulares (NTP):

Autoría: Ingeniero Solitario (Autoconsumo y Autarquía)

Para ejemplificar su uso se llevará a cabo el dimensionado del sistema de puesta a tierra de un centro de seccionamiento de compañía de i-DE (CS) conectado a la red subterránea de 20 [kV] y montado en superficie como el expuesto en la siguiente imagen, que es una de las soluciones más habituales tanto para i-DE como UFD:

Las celdas a cumplimentar en la hoja Excel son las de la columna D con fondo blanco o amarillo, el resto son parámetros automáticamente obtenidos mediante fórmulas (en azul) o extraídos de la de las normas técnicas particulares (marcadas en violeta).

En naranja se indican los datos determinados o introducidos en apartados anteriores, en verde y rojo se identifican los resultados que cumplen o no cumplen respectivamente los límites admisibles establecidos en la normativa u obtenidos conforme a esta.

Las celdas a rellenar están en los apartados 1) y 2), en el resto de secciones las variables son calculadas por la hoja y no se tienen por qué modificar. En el punto 0) se listan las condiciones de diseño básicas de la normativa, las cuales pueden ser alteradas a criterio del proyectista en ciertos casos.

ÍNDICE DE CONTENIDOS

• Condiciones generales de diseño
• Datos básicos de partida
• Configuración del sistema y estimación de la intensidad de defecto (1/2)
• Configuración del sistema y estimación de la intensidad de defecto (2/2)
• Cálculo de las tensiones de paso fuera del centro y en su acceso
• Obtención de los valores máximos admisibles según normativa
• Revisión de los resultados

CONDICIONES GENERALES DE DISEÑO

Los sistemas de puestas a tierra de los centros de M.T conectados a la red de i-DE por regla general deben cumplir los siguientes requisitos básicos de diseño, cabe remarcar que los centros subterráneos y aquellos integrados en edificios tienen requisitos particulares:

• Los electrodos serán picas de acero cobrizado de ø14×2000 [mm] que se enterrarán como mínimo a 50 [cm] de profundidad y a 100 [cm] de las paredes del centro medidos en proyección horizontal.

• La profundidad será de al menos 80 [cm] si la tensión nominal supera los 20 [kV] y de 100 [cm] para los centros subterráneos independientemente de la tensión.

• Las picas y las cajas de seccionamiento se unirán entre sí mediante cable desnudo de cobre de 50 [mm²], que tiene una densidad de corriente límite de 160 [A/mm²].

• En el caso particular de la puesta a tierra de servicio (del neutro), la 1ª pica se conectará al CT con cable aislado de 0,6/1 [kV] protegido mediante tubo rígido.

• La configuración en hilera, ya sea para la tierra de servicio o de refuerzo de herrajes, requiere una separación mínima entre picas de 3 [m] (1,5 veces su longitud).

• Las tapas, puertas y rejillas que den al exterior del centro se conectarán a la puesta a tierra excepto en edificios de otros usos, en cuyo caso estarán aisladas.

• El centro se rodeará por un acerado perimetral de hormigón de al menos 1,20 [m] de ancho y 15 [cm] de grosor excepto en edificios de otros usos.

• El suelo y el acerado del centro contarán con un mallazo electrosoldado de ≥ ø4 [mm] y ≤ 30×30 [cm] cubierto por mínimo 10 [cm] de hormigón y puesto a tierra en dos puntos.

• Las cajas de PAT y cuadros de BT tendrán a priori un aislamiento de 10 [kV], salvo en centros de abonado cuando la tensión de defecto (UD) no supere 1 [kV].

Una de las mayores particularidades de los sistemas de puesta a tierra sujetos a las NTP de i-DE es la puesta a tierra de las rejillas, tapas y puertas exteriores así como la del propio mallazo del acerado. Esto no es lo habitual en las instalaciones de otras compañías.

En los centros de E-Distribución (FYZ30000), UFD (IT.08022.ES-DE.NOR), Viesgo (PT-CTCA.VI) y Begasa (PT-CTCA.BE) estos elementos no se conectan a la tierra de herrajes, sino que están aislados del resto de masas (no están conectados a tierra alguna) y además el ancho de la acera es de mínimo 1,00 [m].

DATOS BÁSICOS DE PARTIDA

Para poder realizar el cálculo del sistema de puesta a tierra la distribuidora debe informar de los siguientes datos, algunos de los cuales también pueden obtenerse visitando el emplazamiento en el caso de que la compañía no los aporte, estos datos se cumplimentan manualmente en el sección 1) de la hoja de cálculo:

• Tensión nominal (Un, [kV]): de la línea a la que se conecte el centro.

• Configuración de la subestación: la informada por la distribuidora o la que tenga una intensidad de defecto más desfavorable para la tensión nominal informada de las listadas en la Tabla 5 de la MT 2.11.33.

• Número de centros conectados (N, [u]): número de centros conectados a través de las pantallas de la línea, en redes subterráneas existentes puede considerarse de mínimo 3. En derivaciones directas desde una red aérea se toma igual a 1 ya que las pantallas solo están conectadas a la puesta a tierra del apoyo. Cuanto mayor sea este número más se ve reducida la intensidad de defecto al repartirse esta entre todos los centros interconectados entre sí (Teorema de Thévenin).

• Reactancia equivalente (X_LTH, [Ω]): conforme la Tabla 5 de la MT 2.11.33, depende de la configuración de la subestación de cabecera.

• Resistividad superficial del terreno (ρ_s, [Ωm]): depende de las características del terreno, como mínimo se podrá considerar de 200 [Ωm] salvo justificación mediante mediciones en el emplazamiento. La configuración de puesta a tierra, cuya elección se abordará en apartados posteriores, puede fijar una resistividad máxima que obligue a revisar su valor.

• Resistividad superficial del acerado perimetral (ρ*_s, [Ωm]): en el Apartado 5.3.4.2 de la MT 2.11.33 se establece su valor en 3000 [Ωm] cuando este es de hormigón, que es la solución más habitual.

Parámetro	Valor del caso de estudio
Tensión nominal	20 [kV]
Configuración de la subestación	Reactancia 5.2 [Ω]
Nº de centros conectados	3
Reactancia equivalente	5,70 [Ω]
Resistividad superficial del terreno	200 [Ωm]
Resistividad superficial del acerado perimetral	3000 [Ωm]

CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA Y ESTIMACIÓN DE LA INTENSIDAD DE DEFECTO (1/2)

La configuración de la puesta a tierra debe ser alguna de las recogidas en el Anexo I de la norma MT 2.11.33, esta define el número de picas y las dimensiones del anillo que las une. Debe elegirse en base al tipo de centro (superficial, enterrado, etc) y al tamaño del edificio, de tal modo que entre las paredes de este y el anillo de puesta a tierra haya al menos 1 [m] de separación y si es posible quede debajo del acerado perimetral. Para el CS objeto de estudio se ha elegido la configuración CPT-CT-A-(3.5×4.5)+8P2 de la tabla A1.1.1 del anexo.

• Tabla A1.1.1 Centros de Transformación prefabricados de hormigón de superficie (CTS) y Centros de Seccionamiento independientes (CSI). Tensión nominal 20 [kV]. Pantallas de los cables: conectado. Accesibilidad: con calzado y sin calzado. Página 46.

• Tabla A1.1.2 Centros de Transformación prefabricados de hormigón de superficie (CTS) y Centros de Seccionamiento independientes (CSI). Tensión nominal 30 [kV]. I_´1Fp <5000 [A]. Pantallas de los cables: conectado a un Centro de Transformación. Accesibilidad: con calzado. Página 48.

• Tabla A1.2.1 Centros de Transformación prefabricados de hormigón subterráneos (CTPS). Tensión nominal 20 [kV]. Pantallas de los cables: conectado a un Centro de Transformación. Accesibilidad: con calzado y sin calzado. Página 50.

• Tabla A1.2.2 Centros de Transformación prefabricados de hormigón subterráneos (CTPS). Tensión nominal 30 [kV]. I_‘1Fp < 5000 [A]. Pantallas de los cables: conectado a un Centro de Transformación. Accesibilidad: con calzado y sin calzado. Página 52.

• Tabla A1.3.1 Centros de Transformación de intemperie compactos (CTIC). Tensión nominal 20 [kV]. Pantallas de los cables: conectado a un apoyo. Accesibilidad: con calzado y sin calzado. Página 54.

• Tabla A1.4.1 Centros de Transformación compactos en edificios prefabricados de superficie (CTC). Tensión nominal 20 [kV]. Pantalla de los cables: Conectado. Accesibilidad: con calzado y sin calzado. Página 55.

• Tabla A1.5.1 Centros de Transformación en edificio de otros usos (CTOU) y Centros de Transformación compacto en edificios de otros usos (CTCOU). Tensión nominal 20 [kV]. Pantalla de los cables: Conectado. Página 56.

• Tabla A1.5.2 Centros de Transformación en edificio de otros usos (CTOU). Tensión nominal 30 [kV]. Pantalla de los cables: Conectado. I_´1Fp <5000 [A]. Página 56.

En las mismas tablas se consultan los coeficientes de la configuración y la resistividad máxima admitida, para la resistencia equivalente de los centros conectados a través de las pantallas se toma un coeficiente (K’_r) de 0,088 [Ω/(Ωm)] excepto si es derivación a través de un apoyo sin más centros conectados a través de las pantallas, en cuyo caso se considera de 0,128 [Ω/(Ωm)]:

• Coeficiente de resistencia de puesta a tierra (K_r, [Ω/(Ωm)]): sirve para determinar la resistencia de la puesta a tierra de herrajes.

• Coeficiente de tensión de paso en el exterior (K_p.t-t, [V/(A·Ωm)]): permite calcular la tensión de paso que sufre una persona fuera del centro con los dos pies en el terreno.

• Coeficiente de tensión de paso en el acceso (K_p.a-t, [V/(A·Ωm)]): permite calcular la tensión de paso que sufre una persona fuera del centro con un pie en el terreno y otro sobre el acerado perimetral o acceso.

• Resistividad máxima permitida (ρ_max, [Ωm]): resistividad máxima de cálculo a considerar, se deberá corregir la resistividad supuesta (ρs) si es mayor a este parámetro.

Parámetro	Valor del caso de estudio
Configuración puesta a tierra	CPT-CT-A-(3.5×4.5)+8P2
Resistividad máxima admitida	200 [Ωm]
Coeficiente de resistencia de puesta a tierra	0,08175 [Ω/(Ωm)]
Coeficiente de tensión de paso en el exterior	0,01764 [V/(A·Ωm)]
Coeficiente de tensión de paso en el acceso	0,04063 [V/(A·Ωm)]
Coeficiente de resistencia de las pantallas	0,08800 [Ω/(Ωm)]

CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA Y ESTIMACIÓN DE LA INTENSIDAD DE DEFECTO (2/2)

Con los coeficientes de la configuración elegida y los datos de partida se pueden obtener la resistencia de puesta a tierra, la intensidad de defecto a tierra y la duración del defecto, así como la separación mínima con las puestas a tierra de servicio y utilización (BT). Las fórmulas a aplicar y los resultados obtenidos son los siguientes:

1. Resistencia de la puesta a tierra de herrajes: R_T = K_r · ρ_s
2. Resistencia de la puesta a tierra de las pantallas: R_pant = K’_r · ρ_s / N
3. Paralelo de las resistencias de los centros: R_TOT = R_T · R_pant / (R_T + R_pant)
4. Relación entre las resistencias: r_E = R_TOT / R_T

1. Intensidad máxima de la corriente de defecto, determinada acorde al apartado 5.4.4 de la MT 2.11.33.
2. Característica de actuación de las protecciones, depende de la tensión según la tabla 6 de la MT 2.11.33.
3. Duración del defecto, se calcula mediante los dos anteriores parámetros, dividiendo el 2º entre el 1º.
4. Intensidad de la corriente de defecto, producto de r_E y la intensidad máxima de la corriente de defecto.
5. Separación necesaria con las tierras de BT y servicio, se obtiene acorde al apartado 5.4.2 de la MT 2.11.33.

CÁLCULO DE LAS TENSIONES DE PASO FUERA DEL CENTRO Y EN SU ACCESO

Debido a las medidas de diseño básicas descritas anteriormente (acerado perimetral, mallazo puesto a tierra, etc), en los centros de media tensión de i-DE solo se deberán calcular las tensiones aplicadas de paso en el exterior del centro (U’_P → U’_PA) y en su acceso (U’_P.ACC → U’_PA.ACC), así como la tensión de defecto a tierra (U_D), ya que las tensiones de paso/contacto interiores y de contacto exterior se consideran nulas:

OBTENCIÓN DE LOS VALORES MÁXIMOS ADMISIBLES SEGÚN NORMATIVA

Los valores máximos admisibles se determinan de manera acorde a lo indicado en el apartado 5.3.4.2 de la Norma MT 2.11.33, el procedimiento expuesto es el mismo que recoge la ITC-RAT 13 del reglamento de A.T:

1. Tensión de contacto aplicada admisible: depende de la duración del defecto (Tabla 2 – MT 2.11.33).
2. Tensión de paso aplicada admisible: es diez veces la tensión de contacto aplicada admisible.
3. Máxima tensión de contacto admisible: se obtiene con la fórmula 1 de la ITC-RAT 13 o MT 2.11.33.
4. Máxima tensión de paso admisible en el exterior: se determina con la fórmula 2 de la ITC-RAT 13.
5. Máxima tensión de paso admisible en el acceso: calculada con alteración de la fórmula 2 de la ITC-RAT 13.
6. Valor máximo de la resistencia a tierra: en función de la tensión nominal (Tabla 3 – MT 2.11.33).

Nótese que la mayoría de estas variables se han calculado a título informativo, las únicas realmente relevantes para comprobar si el sistema de puesta a tierra cumple la normativa son la tensión de paso aplicada admisible (2. U_PA) y el valor máximo de la resistencia a tierra (6. R_T-MAX).

REVISIÓN DE LOS RESULTADOS

El último paso consiste en verificar que los resultados del sistema a tierra diseñado cumplen con los límites obtenidos aplicando los métodos de la norma, concretamente se deben comprobar estos seis parámetros:

1. Tensión de paso en el exterior: U_PA‘ ≤ U_PA
2. Tensión de paso en el acceso: U_PA.ACC’ ≤ U_PA
3. Tensión de defecto en la instalación: U_D ≤ Aislamiento BT
4. Resistencia de la puesta a tierra: R_T ≤ R_T-MAX
5. Resistividad del terreno: ρ_s ≤ ρ_max
6. Densidad de corriente: I_E / 50 ≤ 160

Como se puede observar en el PDF adjunto y en la siguiente imagen, el sistema de puesta a tierra dimensionado para el CS cumple con los límites normativos, por lo que no se requieren medidas complementarias ni revisar el diseño. Una vez ejecutada la obra habría que realizar las mediciones de las tensiones de paso/contacto y de la resistencia de la puesta a tierra para certificar que la instalación realmente cumple los límites normativos.