00JL0-28 REDES DE TIERRAS PARA EST DE LT AÉREAS DE 69 A 400 KV

REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LÍNEAS DETRANSMISIÓN AÉREAS DE 69 A 400 kV I ESPECIFICACIÓN

CFE 00JL0-28

P R E F A C I O

Esta especificación ha sido elaborada de acuerdo con las Bases Generales para la Normalización en CFE. Lapropuesta inicial fue preparada por la Gerencia de LAPEM.

Revisaron y aprobaron la presente especificación las áreas siguientes:

COORDINAClÓN DE PROYECTOS TERMOELÉCTRICOS

COORDINAClÓN DE PROYECTOS DE TRANSMISlÓN Y TRANSFORMACIÓN

COORDINADORA DE TRANSMISlÓN Y TRANSFORMAClÓN

GERENCIA DE ABASTECIMIENTOS

GERENCIA DE CONTROL DE GESTIÓN

GERENCIA DE LAPEM

SUBDIRECClÓN DE DISTRIBUClÓN

El presente documento normalizado entra en vigora partir de la fecha abajo indicada y será actualizado y revisadotomando como base las observaciones que se deriven de la aplicación del mismo. Dichas observaciones debenenviarse a la Gerencia de LAPEM, cuyo Departamento de Normalización coordinara la revisión.

Esta especificación revisa y sustituye a todas las relacionadas con redes de tierra para estructuras de líneas detransmisión aéreas de 69 a 400 kV que se hayan publicado dentro del campo de aplicación de la presente.

AUTORIZO:

SUBDIRECTOR TÉCNICO

NOTA: Entran en vlgor a partir de: 90091 5

990813 I I I I I I I I I I I


CFE OOJLO-28

1

2

3

3.1

3.2

3.3

3.4

3.5

3.6

3.7

3.8

3.9

3.10

3.11

3.12

3.13

3.14

3.15

4

5

5.1

5.2

6

6.1

6.2

7

CONTENIDO

OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACIÓN

NORMAS QUE SE APLICAN

DEFINICIONES

Aluminotermia

Bajante

Cola de Rata

Contra-antena (Electrodo Horizontal)

Corriente de Descarga Atmosférica

Corriente de Falla

Electrodo de Tlerra

Electrodo Vertical

Estructura

Puesta a Tierra

Red de Tierra

Relleno

Resistencia a Tierra

Resistividad

Sistema de Tierra

ALCANCE

MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD DEL SUELO Y RESISTENCIA ELÉCTRICA

EN LÍNEAS AÉREAS EN CONSTRUCClÓN

Medición de la Resistividad del Suelo en Lineas Aéreas para el Diseño

de la Red de Tierra

Medición de la Resistencia Eléctrica de la Red de Tierras para Lineas de

Transmisión Aéreas en Construcclán

MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO Y RESISTENCIA ELÉCTRICA

EN LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AÉREAS EN OPERAClÓN

Medición de Resistividad del Suelo

Medición de la Resistencia Eléctrlca de la Red de Tierra

GUÍA DE DISEÑO PARA CONSTRUCCIÓN Y MANTENIMIENTO CORRECTIVO

DE REDES DE TIERRA CONVENCIONALES

1

1

1

1

1

1

1

1

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

3

3

3

5

7

7

7

l l

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REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LÍNEAS DETRANSMISlÓN AÉREAS DE 69 A 400 kV

ESPECIFICAClÓN

CFE OOJLO-28

7.1 Introducción l l

7.2 Resistencia de los Elementos Básicos l l

7.3 Cálculos de los Electrodos Adicionales a las Patas de las Torres 15

7.4 Longitud Efectiva de una Contra-antena ante Descargas Atmosféricas 20

8 MANTENIMIENTO DE LAS REDES DE TIERRA CONVENCIONALES 21

8.1 Actividades 21

8.2 Método de Correción 21

8.3 Materiales a Utilizar 22

9 REFERENCIAS 23

APÉNDICE A

APÉNDICE B

APÉNDICE C

APÉNDICE D

APÉNDICE E

TABLA 1

TABLA 2

FIGURA 1

FIGURA 2

FIGURA 3

FIGURA 4

MÉTODO DE WENNER 0 DE LOS 4 ELECTRODOS PARA LA MEDICIÓN

DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO 24

PRINCIPIO DE MEDICIÓN DE RESISTENCIA ELÉCTRICA DE LA RED DE

TIERRA 26

REQUERIMIENTOS DE CALIBRAClÓN DE MEDIDORES DE RESISTENCIA

DE TIERRA 28

ERRORES FRECUENTES EN LA MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA - 29

FABRICACIÓN DE ELECTRODOS EN CAMPO PARA SISTEMAS DE TIERRA- 31

Longitud efectiva de una contra-antena para diferentes valores de

tiempo de frente y resistividad del suelo

Correciones para mantenimiento de redes de tierra

20

22

Arreglos para la medición de la resistividad del suelo en líneas aéreas para

el diseño de la red de tierra 4

Método de medición de resistencia por caída de potencial 5

Direcciones preferentes para la medición de la resistencia de la red de tierra 5

Medición de la resistividad del suelo (vista de planta) 7

990813 I I I I I I I I I I I

REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LINEAS DE ESPECIFICAClÓN

TRANSMISlÓN AÉREAS DE 69 A 400 kVCFE OOJLO-28

FIGURA 5 Dirección de la medición de la resistencia eléctrica 9

FIGURA 6 Diagrama de flujo para la medición de resistencia de la red de tierra en

estructuras de lineas aéreas en operación 10

FIGURA 7 Esquema de un electrodo de puesta a tierra tipo electrodo vertical l l

FIGURA 8 Esquema de un electrodo tipo contra-antena 12

FIGURA 9A Diseiio de red de tierra para resistividad hasta 300 D-m

con cimentación de concreto 16

FIGURA 9B Diseño de red de tierra para resistividad hasta 300 Q-m

con cimentación de acero 16

FIGURA 10 A Diseño de red de tierra para resistividad hasta 500 D-m


FIGURA 10 B Diseño de red de tierra para resistividad hasta 500 0-m


FIGURA ll A Diseño de red de tierra para resistividad hasta 750 D.rn


FIGURA 11 B Disefio de red de tierra para resistividad hasta 750 R-m


FIGURA 12 A Diseño de red de tierra para resistividad hasta 1000 R-m


FIGURA 12 B Diseiio de red de tierra para resistividad hasta 1000 R-m


FIGURA 13 Longitud efectiva de la contra-antena en función del tiempo de frente de la

corriente de descarga atmosférica para diversas resistividades de terreno 21

FORMATO 1 Medición de la resistividad del suelo para líneas de transmición

en construcción 33

FORMATO 2 Medición de la resistencia eléctrica de la red de tierra de la linea

de transmisión en construcción 34

FORMATO 3 Medición de la resistividad del suelo, resistencia de la red de tierra y

potencial electroquímico 35

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REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LÍNEAS DETRANSMISIÓN AÉREAS DE 69 A 400 kV

ESPECIFICACIÓN

CFE OOJLO-26

1 de 35

1 OBJETIVO Y CAMPO DE APLICAClÓN

Normalizar los criterios para diseñar, construir, instalar, medir, mantener y corregir las redes de tierra destinadas ala protección de líneas de transmisión aéreas de 69 a 400 kV contra descargas atmosféricas.

Esta especificación no aplica a estructuras que tengan restricciones de espacio para la instalación de redes de tierraconvencionales

2 NORMAS QUE SE APLICAN

CFE OOJOO-01-1980 Recomendaciones para el Cálculo Preliminar de Redesde Tierra en Plantas y Subestaciones Eléctricas.

CFE 56100-16-1996 Electrodos para Tierra.

CFE D8CME-07-1998 Protección Anticorrosiva para Cimentación de EstructurasAutosoportadas de Líneas de Transmisión.

NOM-008-SCFI-1993 Sistema General de Unidades de Medida

NOTA: En caso de que los documentos anterlores sean revisados o modlflcados, debe tomarse en cuenta la edición en vigoro la últlma edición en la fecha de apertura de las propuestas de la licitación, salvo que la Comisión Indlque otra cosa

3 DEFINICIONES

Para efectos de esta especificación se establecen las siguientes definiciones:

3.1 Aluminotermia

Proceso por el cual se libera una gran cantidad de calor para fundir una soldadura mediante una mezcla de pólvoray aluminio en polvo.

3.2 Bajante

Es un conductor metálico que conecta al hilo de guarda con la red de tierra en estructuras no metálicas.

3.3 Cola de Rata

Conexión entre el hilo de guarda y la estructura.

3.4 Contra-antena (Electrodo Horizontal)

Conductor metálico desnudo, enterrado y tendido en forma horizontal en una sola dirección, a una profundidad ylongitud variable, que debe estar conectado a la estructura, y sirve para drenar corrientes de descarga atmosféricao de falla.

3.5 Corriente de Descarga Atmosférica

Es la corriente provocada por un rayo que incide en la línea aérea y que fluye por el sistema de tierras.

990813 I I I I I I I 1 I I I


CFE 00JL-28 I

3.6 Corriente de Falla

Es la corriente alterna que fluye durante una falla de corto circuito de los conductores de la línea de transmisión aéreaa tierra.

3.7 Electrodo de Tierra

Cuerpo conductor o conjunto de elementos conductores agrupados y en contacto intimo con la tierra y destinadosa establecer una conexión con la misma.

3.8 Electrodo Vertical

Cuerpo conductor o relleno de forma cilíndrica, enterrado yen posición vertical tal como: electrodos, tubos metálicosy mezclas de carbón.

3.9 Estructura

La unidad principal soporte, generalmente un poste, torre o marco que soporta los aisladores, conductores yaccesorios de una línea de transmisión aérea.

3.10 Puesta a Tierra

Conectar intencionalmente a la red de tierra estructuras y/o equipos.

3.11 Red de Tierra

Conjunto de electrodos y contra-antenas enterrados de un sistema de tierra que drena a tierra las corrientes dedescarga atmosférica y de falla, y es un punto de conexión seguro de aterrizamiento para el personal durantemaniobras con líneas de transmisión aéreas energizadas o desenergizadas.

3.12 Relleno

Aportación de un material diferente al suelo natural en las inmediaciones de los electrodos de tierra.

3.13 Resistencia a Tierra

Es la oposición al paso de la corriente eléctrica entre la estructura y un electrodo remoto medida en R.

3.14 Resistividad

Es la resistencia eléctrica específica de un material medida en f2.m (ohm.metro).

Es la constante de proporcionalidad entre la caída de potencial por unidad de longitud y la densidad de corriente(corriente por unidad de Brea.)

3 . 1 5 Sistema de Tierra

Es el conjunto de elementos que sirven para drenar la corriente de descarga atmosférica o de falla de las lineas detransmisión aéreas, que incluye:

990813 I 1 I I 1 I I 1 I I I 1

-

I

REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LíNEAS DETRANSMISIÓN AÉREAS DE 69 A 400 kV

ESPECIFICAClÓN

CFE OOJLO-28

3 de 35

- hilos de guarda,

cola de rata,

estructura,

- conductor de puesta a tierra,

- red de tierra,

- tierra natural 0 relleno,

conectores.

4 ALCANCE

Esta especificación tiene el siguiente alcance, pudiéndose cumplir en partes a petición de la Comisión:

a) Medición de la resistividad del suelo.

b) Diseño de la red de tierra.

c) Memoria de cálculo.

d) Dibujos de instalación.

e) Suministro de materiales.

f) Instalación de la red de tierra.

g) Medición de la resistencia de la red de tierra, al pie de la estructura.

h) Corrección de la red de tierra.

i) Manual de mantenimiento.

5 MEDIClÓN DE RESISTMDAD DEL SUELO Y RESISTENCIA ELÉCTRICA EN LÍNEAS AÉREASEN CONSTRUCCIÓN

Las mediciones de resistividad del suelo y de resistencia eléctrica de la red de tierra se deben realizar en Apoca desequía debido a que son las condiciones más críticas.

5.1 Medición de la Resistividad del Suelo en Lineas Aéreas para el Diseño de la Red de Tierra

Una vez determinada la posición de las estructuras y por consecuencia lógica las cimentaciones de las mismas, seprocede a ejecutar la medición de la resistividad del suelo, siguiendo el método de los cuatro electrodos o de Wennerindicado en el Apéndice A de esta especificación.

Para estructuras autosoportadas se deben hacer a partir del centro de la base de la torre en diagonal respecto alsentido de la línea, de acuerdo al ‘Arreglo A” representado en la figura 1, considerando la medición hacia fuera delas patas 1 y 3 o al ‘Arreglo B’ de la misma figura, que involucra las patas 2 y 4.

I

990813 I I I I I I I I I I I


ESPECIFICACIÓN

CFE OOJLO-26

4 de 35

La selección del ‘Arreglo A” o “Arreglo B” para las mediciones debe ser en función de las mejores condiciones ofacilidades que ofrezca el terreno para el indicado de los electrodos verticales.

Para otro tipo de estructuras (poste Tipo H, poste de madera, poste troncocónico) el procedimiento debe sera partirdel centro de la base siguiendo la misma metodología (en diagonal.). En zonas urbanas las mediciones se harán apartir del centro de la base en el sentido de la instalación de la red de tierra.

En cualquiera de los arreglos, se deben realizar siete mediciones en cada dirección para dar un total de 14mediciones. La primera lectura se debe hacer con una separación entre electrodos de 1,6 m, aumentándose la mismaen incrementos de 1,6 m, hasta alcanzar un total de ll ,2 m. Los valores obtenidos se deben anotar en el formato1 de esta especificación y el o los valores representativos de la resistividad del suelo para el diseño de la red de tierrason responsabilidad del diseñador.

Las mediciones se deben realizar manteniendo el electrodo Cl instalado en el centro de la estructura, por lo cual sólovariarán de posición los electrodos P1, P2 y C2.

T

Sentidode latransmisión

Arreglo A-Patas amedir 1 y 3

T

Sentidode latfansmisión

Pata 10

C2Arreglo B-Patas a medir 2 y 4

FIGURA 1 - Arreglos para la medición de resistividad del sueloen lineas aéreas para el diseño de la red de tierra

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REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LÍNEAS DE ESPECIFICACIÓN

TRANSMISIÓN AÉREAS DE 69 A 400 kVCFE OOJLO-26

5 de 35

5.2 Medición de la Resistencia Eléctrica de la Red de Tierras para Líneas de Transmisión Aéreasen Construcción

Para la medición de la resistencia eléctrica de la red de tierra, se debe utilizar el método de caída de potencial y SU

valor máximo aceptable es de 10 R.

Este método se basa en la inyección de una corriente de prueba en el electrodo bajo análisis (red de tierra). Se tomanmediciones de la tensión a diferentes distancias entre el electrodo bajo análisis E y el electrodo auxiliar de potencialP, el valor representativo de la resistencia se tendrá cuando la diferencia entre dos o tres mediciones seadespreciable (véase figura 2).

El procedimiento para la realización de las mediciones con el método de caída de potencial se debe realizar conel hilo de guarda desconectado y con un medidor de resistencia de baja frecuencia (aproximadamente 120 a150 Hz) y que la corriente de inyección sea mayor a 1 mA, de acuerdo a lo siguiente:

a) Primero se selecciona la dirección en que se realizará la medición y ésta, de preferencia, que seaperpendicular a la línea aérea, como se ilustra en la figura 3.

b) Instalar el electrodo auxiliar de corriente C, y su cable asociado en la dirección seleccionada auna distancia de 75 m del electrodo E.

c) Colocar el electrodo auxiliar de potencial P y su cable asociado en la dirección al electrodo decorriente, a una distancia de 39 m del electrodo E como lo muestra la figura 2.

d) Se realiza la primera medición de la resistencia del electrodo E, conectando el medidor deresistencia de acuerdo a la figura 2 y a las instrucciones del equipo de medición empleado.

e) La segunda medición se realiza instalando el electrodo P, a 46,5 m del electrodo E y finalmentela tercera medición se efectúa instalando el electrodo P, a 54 m del electrodo E.

f) Las tres mediciones corresponden al 52,62 y 72 % de la distancia entre los electrodos E y Crespectivamente y se deben registrar en el formato 2.

g) Se debe verificar que las diferencias entre los valores medidos al 52 y 72 % no sean mayores al5 % con respecto al valor medido a 62 % (Véase formato 2 de esta especificación).

h) Si alguna de las diferencias es mayor al 5 %, véase nota del formato 2.

i ) El valor representativo de la resistencia eléctrica de la red de tierra se considerará el de la lecturarealizada cuando el electrodo de potencial se encuentre a una distancia del 62 % de la distanciaentre los electrodos E y C.

i) Si el valor de la resistencia eléctrica de la red de tierra es mayor a 10 Q debe corregirse de acuerdoal capitulo 7 de esta especificación.

990813 I I I I I I I I I I I

I

ESPECIFICACION 1

CFE OOJLO-28 I


6 de 35

I

Medida deresistencia de

tierras

Red de . . . .

Tierras

FIGURA 2- Método de medición de resistencia por caída de potencial

Sentido de la lineaSentido de la linea

44II

IIII %%

II

Direcciones preferentes parda medición de la resistencia

.

Red de puesta a tierra con contra-antenas y varillas

FIGURA 3 - Direcciones preferentes para la medición de la resistencia de la red de tierra

990813 I I I 1 I I I I I I I


ESPECIFICACIÓN

CFE OOJLO-28

7 de 35

6 MEDIClÓN DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO Y RESISTENCIA ELÉCTRICA EN LÍNEAS DETRANSMISlÓN AÉREAS EN OPERACIÓN

6.1 Medición de Resistividad del Suelo

Para medir la resistividad del suelo, se debe utilizar el método de Wenner ilustrado en el Apéndice A de estaespecificación.

Se debe medir la resistividad del suelo colocando el instrumento de medición en el centro de la estructura (mojonera),y los electrodos verticales se deben colocar paralelos al sentido de la linea de transmisión aérea, con una separaciónde 1,6 m para la primera medición y 3,2 m para la segunda medición (véase figura 4.) Cuando no sea práctico colocarlos electrodos verticales paralelos al sentido de la línea de transmisión aérea, la medición se puede realizaren sentidoperpendicular.

Los valores obtenidos se deben asentar en el formato 3.

Pata 2 0

f

Cl

TCl Pata3

a

Equipo de mediciónen el centro

cl Pata4

FIGURA 4 - Medición de la resistividad del suelo (vista de planta)

8.2 Medición de la Resistencia Eléctrica de la Red de Tlerra

Se debe realizar una sola medición de resistencia eléctrica por estructura. La distancia de instalación de loselectrodos verticales de corriente C y de potencial P, deben ser de 75 m y 46,5 m respectivamente. (véase ApéndiceB de esta especificación).

La dirección de la medición se debe realizar de preferencia perpendicular a la línea en cualquier sentido, de no poderrealizarla en esa dirección, se puede realizar longitudinalmente a la línea y, en el último de los casos en formadiagonal, siempre y cuando no existan contra-antenas instaladas. En el caso de estructuras de deflexión, la mediciónse debe hacer en la dirección de la cruceta (véase figura 5).

990813 I I I I I I I I I I I


ESPECIFICAClÓN

CFE OOJLO-26

8 de 35

Perpendicular ___---a la linea

Pergendiarlar---m-e--a la línea

FIGURA 5 - Dirección de la medición para torres

990813 I I I I I I I I I I I


ESPECIFICACIÓN

CFE OOJLO-26

9 de 35

La red de tierra es adecuada si la resistencia eléctrica a tierra es menor o igual a 10 f2. En caso contrario se debeverificar y/o mejorar.

Para el caso de estructuras que estén ubicadas en zonas de alta incidencia de descargas atmosféricas o en sueloscon resistividad mayor de 300 R.m, se debe realizar la medición de resistencia eléctrica a tierra de acuerdo al inciso5.2 y al formato 2 de esta especificación.

6.2.1 Medición de la resistencia con resistividad del suelo menor de 100 n-m

Por lo general cuando la resistividad del suelo es menor de 1 OO n-m, el valor de la resistencia eléctrica de la red detierra es menor de 10 R, por esta razón se mide la resistencia con equipo de baja frecuencia e hilo de guardaconectado y si ésta es menor de 5 R, se anota en el formato 3 de esta especificación, si la resistencia eléctrica esmayor a 5 R, se identifica el tipo de cimentación de la estructura y si ésta es de concreto, se verifica que las conexionesa tierra se encuentren instaladas, de lo contrario se corrigen y se vuelve a medir la resistencia, la cual seguramentedará un valor menor de 5 0, en caso contrario, lo mas probable es que la medición se realizó en forma incorrectay tendrá que repetirse.

Si la resistencia resulta mayor de 5 R, se desconecta el hilo de guarda y se vuelve a medir, si el valor es mayor de10 R, se debe mejorar la red de tierra.

En caso de utilizar equipo de alta frecuencia, la medición se realiza sin desconectar el hilo de guarda y si la resistenciaes menor de 10 Q este valor se anota en el formato 3, en caso de que el valor sea mayor a 10 f2, se debe mejorarla red de tierra.

6.2.2 Medición de resistencia con resistividad del suelo mayor a 100 Q-m

La medición de resistencia con resistividad mayor a 100 R.m, se puede realizar utilizando equipo de alta frecuencia(25 kHz) o de baja frecuencia.

La medición de la resistencia con equipo de baja frecuencia, se realiza con el hilo de guarda conectado a la estructura,y si el valor es menor de 3 R, se anota en el formato 3.

Si la resistencia medida es mayor de 3 n, tendrá que desconectarse el hilo de guarda y realizar la mediciónnuevamente y en el caso de que se obtenga un valor menor de 10 R, se anotará en el formato 3. En caso contrario(si el valor obtenido es mayor de 10 Q), se anotará en el formato 3 y posteriormente se debe corregir la red de tierrade acuerdo a lo establecido en el capitulo 8.

El diagrama de flujo para la medición de la resistencia de la red de tierra en estructuras en operación se muestra enla figura 6.

990813 I I I I I I I 1 I I I

REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LÍNEAS DE ESPECIFICAClÓN


10 de 35

de baja frecuencia con hilo deguarda conectado

Medir resistencia conequipo

de alta freciencia con

cimentación yconexbnea

de guarda desconectado

Si Verificar y7o corregirconexiones a tierra y No

medir resistencia

N o

Anotar valores

FIGURA 6 - Diagrama de flujo para la medición de resistencia de la red detierra en estructuras de lineas aéreas en operación

990813 I I 1 I I I I I I l I

REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LINEAS DE ESPECIFICACIÓN

TRANSMISlÓN AÉREAS DE 69 A 400 kVCFE OOJLO-26

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7 GUÍA DE DISEÑO PARA CONSTRUCClÓN Y MANTENIMIENTO CORRECTIVO DE REDES DETIERRA CONVENCIONALES

7.1 Introducción

El diseño de redes de tierra para construcción debe ser para obtener un valor menor o igual a 10 n de la resistenciade tierra medida en campo, tomando como base la resistividad del suelo determinada de acuerdo al capítulo 5 deesta especificación.

El cálculo aproximado de la resistencia de puesta a tierra de estructuras de líneas aéreas tiene la finalidad de servirde herramienta para poder visualizar rápidamente los valores esperados de una configuración típica. Los elementosbásicos en la instalación de una red de tierra en estructuras de líneas aéreas son:

a) Electrodos verticales.

b) Contra-antenas.

c) Patas de las torres.

7.2 Resistencia de los Elementos Básicos

7.2.1 Electrodo vertical

La resistencia de conexión a tierra de un electrodo vertical [Ref. 3] está dada por la siguiente fórmula:

P

i 1

4LR=--- I n - - 1 (1)

2x L r

Donde:R = resistencia, Rp = resistividad del terreno, R-mL = longitud del electrodo vertical, mr = radio del electrodo vertical, m

Nivel del suelo

7

L 2r

1.

P

FIGURA 7 - Esquema de un electrodo de puesta a tierra tipo vertical

990813 I I I I I I I I 1 1 I


Para efectos prácticos se puede simplificar por la relación (2), la cual considera que hay muy poca variación en laresistencia para los diferentes diámetros de los electrodos verticales comerciales (13,16 y 19 mm) y para la longitudtípica de 3,05 m. Esta poca dependencia del radio, se observa porque dicho radio influye solamente en el términologarítmico, el cual requiere muy grandes variaciones para que pueda afectar en el resultado total.

P PR=--- =- (2)

L 3

7.2.2 Contra-antena (Electrodo Horizontal)

Para contra-antenas la longitud L se aplica la siguiente fórmula [Ref. 3]:

Pl

2 LR =- In - - 1

XL r

y simplificando esta fórmula para L>>r, se tiene que:

2PR=-----

L

(3)

(4a)

Es decir, para la misma longitud de conductor, el conductor horizontal tendrá el doble de resistencia que el conductorvertical.

Para conductores de 6 m de longitud, se tiene

PR=--- (4b)

3

Esta aproximación es mayor entre 5 y 15 % al calculado por la fórmula (3). Sin embargo, cuando se colocan variascontra-antenas, habrá efectos mutuos y la resistencia equivalente aumentará respecto al valor que resulta cuandose considera un circuito paralelo de las resistencias de cada contra-antena.

FIGURA 8 - Esquema de un electrodo tipo contra-antena

990813 I I I I I I I I I I I

REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LÍNEAS DE ESPECIFICACIÓN

TRANSMISIÓN AÉREAS DE 69 A 400 kVCFE 00JL0-29

13 de 35

7.2.3 Patas de la torre o estructura

Todas las estructuras autosoportadas de líneas de transmisión tienen 4 patas como cimentación, pudiendo ser queestén embebidas en concreto, conocida como cimentación de concreto o enterradas directamente en el suelo,conocida como cimentación de acero.

7.2.3.1 Cimentación de acero

Podemos aproximar cada una de las patas, considerando un modelo de un electrodo enterrado con las siguientesdimensiones:

L=3mr = 0, 10m

Estas dimensiones son muy similares a las torres tipo 1 M1, para ll 5 kV, [Ref. 9] [Ref. 12].

Si consideramos un valor de resistividad de 1200 0.m y aplicamos la fórmula (1) se obtiene:

1200

1 1

1 2R = In --1 = 241 R por pata (5)

671 1

El equivalente de las cuatro patas en paralelo nos daría R’ = 241/4 = 60,25R. Según el reporte (Ref. 5 ] se han medidovalores de entre 50 y 60 R, para resistividades entre 1100 y 1600 R-m.

Tomando en cuenta diferentes resistividades de terreno, y usando este modelo obtenemos los valores aproximadosde la resistencia a tierra de las patas de una torre de línea aérea cuando están enterradas directamente, sin concreto.

p = 100 R-m R’=5i2 (6a)

p = 300 S2.m R’= 15n (6b)

p = 500 i2.m R’ = 25 R (6c)

p = 750 0.m R’ = 37,7 R (6d)

p= lOOOQ-m R’ = 50 R (6e)

7.2.3.2 Cimentación en concreto

Cuando las patas de la torre están embebidas en concreto, se utiliza la siguiente relación obtenida de [Ref. 2], dondese sugiere que el concreto puede tener resistividades entre 30 y 90 R.m, dependiendo del contenido de humedady las diversas soluciones salinas del suelo:

990613 I I I I I I I 1 I I I


ESPECIFICAClÓN

CFE OOJLO-26

1R =-

2n LPC ”i D

- +pd 1 1 8L

In - -1D ll

14 de 35

(7)

D = diámetro del envolvente de concreto, m

d = diámetro del conductor (equivalente) embebido en el concreto, m

pc = resistividad del concreto, R.m

p = resistividad del terreno, R-m

L = profundidad del concreto enterrado y/o longitud de la varilla, m

Considerando que la longitud es de 3 m, el diámetro del conductor es de 0,2 m el diámetro del concreto que envuelvela estructura de la pata es de 0,7 m y la resistividad de dicho concreto es de 1 OO i2.m tenemos:

Así que para ciertas resistividades de interés, tenemos los siguientes valores totales de la resistencia a tierra dela torre de línea aérea considerando las cuatro patas:

p = 100 0rn

p = 300 n.rn

p = 500 R.m

p = 750 R-m

p = 1000 R-m

R’=5Q

R’= 12Q

R’=19R

R’ = 26,8 R

R’ = 35 R

(9a)

(9b)

(9c)

(9d)

(9e)

Estos resultados consideran 100 R.m como resistividad del concreto con cierta humedad, sin embargo, puedeaumentar dicha resistividad en caso de disminuir drásticamente la humedad. Así que, se debe tomar con reserva eluso de estas formulaciones en condiciones especiales de poca hidratación.

Comparando los valores (6) y (9) observamos que la resistencia de las patas embebidas en concreto resultanmenores que las enterradas directamente. Esto se debe a que la resistividad del concreto se consideró relativamentebaja (en condiciones de humedad). Si revisamos la relación (7) observamos que la resistencia total está compuestaen una porción debida al concreto y otra debida a la resistividad del terreno.


CFE 00JL0-28 I

7.3 Cálculos de los Electrodos Adicionales a las Patas de las Torres

Para dar el valor especificado de 10 R de resistencia a tierra de las torres, se requiere una resistencia adicional enparalelo con la resistencia de las patas. Esta resistencia adicional, simbolizada como R,, se cubrirá con la instalaciónde contra-antenas y electrodos verticales. Para las resistividades de terreno y resistencias dadas en (6a), (6b), (6c)y (6d) se tiene:

p = 100R.m (no requiere electrodos adicionales para cimentaciones de acero) (10a)

p = 300 fkrn %d = 30 R (10b)

p = 500 R-m % = 16,7 f 2 (10c)

p = 750 0-m R,= 13,6 0 (10d)

p = 1000 i-2-m R, = 12,5 Q (10e)

Considerando despreciable la reducción en la resistencia de la red de tierra de la cimentación de concreto de laestructura y normalizando la separación entre electrodos verticales a 6 m, se realiza el diseño para diferentesintervalos de resistividad del suelo

7.3.1 Para p * 100 f2.m

Para cimentaciones de acero no se requieren electrodos adicionales y para cimentaciones de concreto se requierenpor pata una contra-antena de 3 m de longitud con un electrodo vertical conectado al final de dicha contra-antena,ya que si el concreto está muy seco, la resistencia puede aumentar sustancialmente.

7.3.2 ParalOO<p*300f2-m

Se propone:

al Para cimentaciones de concreto (véase figura 9A):

- 6 m de contra-antena en cada pata, 24 m en total,

- 2 electrodos verticales por cada contra-antena, separados 6 m, dando un total de 6.

El electrodo vertical más cercano se debe instalar en la base y al lado de la cimentación deconcreto.

b) Para cimentaciones de acero (vease figura 9B):


- 1 electrodo vertical por cada contra-antena dando un total de 4.

El electrodo vertical m& cercano se debe instalara 6 m de la pata.

990813 I I I I I I I I I I I

REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE L/NEAS DE ESPECIFICACIbN


16de35

En el caso de estructuras con cimentacibn en concreto:

- por cada 6 m de contra-antena (o de un electrodode 3 m), considerando la fórmula 4b se tiene: 300 I 3 = 100n

- para 24 m de conductor horizontal (100) / (24 / 6) = 25 R

para 8 electrodos verticales 10018 = 12,s R

el paralelo de ambos elementos [(25)(12,5)1!37,5 = 8,33 Q

r

o Electrodo vertical de 3,05 m o Electrodo vertical de 3,05 mi -

FIGURA 9A -Disefiode red de tierra para resistividad FIGURA 9B - Disefio de red de tierra para resistividadhasta 300 R-m con clmentacián hasta 300 n-m con cimentación dede concreto acero

990813 I 1 I I I I I I I I I

REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LINEAS DETRANSMISl6N AÉREAS DE 69 A 400 kV

ESPECIFICACIÓN

CFE OOJLO-28

17de35

7.3.3 Para 300 ( p * 500 0-m

Se propone:

al Para cimentaciones de concreto (v6ase figura 10A).


- 3 electrodos verticales por cada contra-antena, separados 6 m, dando un total de 12.

El electrodo vertical mas cercano se debe instalar en la base y al lado de la cimentacidn deconcreto.

W Para cimentaciones de acero (véase figura 106):


2 electrodos verticales por cada contra-antena dando un total de 8.

El electrodo vertical m8s cercano se debe instalar a 6 m de la pata.

En el caso de estructuras con cimentación en concreto:

- por cada 6 m de contra-antena (o de un electrodode 3 m), considerando la fórmula 4b se tiene: 500/3 = 166,67 R

- para 48 m de conductor horizontal (166,67) / (48 / 6) = 20,83 n

- para 12 electrodos verticales 166,67 ll2 = 13,89R

el paralelo de ambos elementos [(28,83X13,89)] /34,72 = 8,33 R

o Electrodo vertical de 3,05 m o Electrodo vertical de 3,05 mL

FIGURA 10A - DiseAo de red de tierra pararesistividad hasta 500 R-m con

FIGURA 1OB - Disefio de red de tierra pararesistividad hasta 500 0.m con

cimentacM de concreto clmentaclón de acero

990313 I I I I I I I I l I I



18de35

7.3.4 Para 500 * p < 750 0-m

Se propone:

al Para cimentaciones de concreto (vease figura 11 A):


5 electrodos verticales por cada contra-antena, separados 6 m, dando un total de 20.

El electrodo vertical más cercano se debe instalar en la base y al lado de la cimentacibn deconcreto.

b) Para cimentaciones de acero (vease figura 116):


- 4 electrodos verticales por cada contra-antena dando un total de 16.

El electrodo vertical m& cercano se debe instalara 6 m de la pata.


- por cada 6 m de contra-antena (o de un electrodode 3 m), considerando la f6rmula 4b se tiene: 75013 = 250 R

- para 96 m de conductor horizontal (250) / (96 / 8) = 15,63Q

para 20 electrodos verticales 250 I 20 = 12,5 R

el paralelo de ambos elementos [(15,63)(12,5)]/28,13 =6,94R

*8_ Am \ Jrn

*/“\ l-i

o Electrodo vertical de 3,05 m o Electrodo vertical de 3,05 m

FIGURA 1lA - Dlseiio de red de tierra para FIGURA ll B - Diseiio de red de tierra pararesistlvldad hasta 750 f2.m con resistividad hasta 750 i2.m con

cimentación de concreto cimentación de acero

---as- I I I I 1 I I I I I k


7.3.5 Para 750 * p < 1000 R-m

Se propone:

al Para cimentaciones de concreto (vease figura 12A):

30 m de contra-antena en cada pata, 120 m en total,

]ESPPZIFICKI~

19de35


El electrodo vertical más cercano se debe instalar en la base y al lado de la cimentación dNconcreto.

W Para cimentaciones de acero (vbase figura 128):



El electrodo vertical más cercano se debe instalar a 6 m de la pata.


por cada 6 m de contra-antena (o de un electrodode 3 m), considerando la f6rmula 4b se tiene: 1000/3 = 333,33 f

para 120 m de conductor horizontal (333,33) / (120 / 6) = 16,675

para 24 electrodos verticales 333,33 124 = 13,89<

el paralelo de ambos elementos [(16,67)(13,89)]/30,56 =7,58R

o Electrodo vertical de 3,05 m

FIGURA 12A - DiseAo de red de tierra pararesistividad hasta 1000 fl.rn con

clmentacián de concreto

/\o Electrodo vertical de 3,05 m

FIGURA 12B - Diserio de red de tierra pararesistividad hasta 1000 R-m con

cimentaclõn de acero


ESPECIFICACIÓN

CFE OOJLO-26

20 de 35

7.4 Longitud Efectiva de una Contra-antena ante Descargas Atmosfkicas

La caída de tensión producida por una descarga atmosf&ica se acentúa intensamente en las secciones por dondese inyecta la corriente y tiende a disminuir rApidamente hacia las secciones donde avanzar4 posteriormente dichacorriente. Esta distribuci6n la causa principalmente la inductancia propia del conductor. Al darse dicha distribuciónde tensiones, la corriente se drenará en mayor cantidad en las primeras secciones del conductor y tender8rápidamente a disminuir hacia las secciones más alejadas del punto de inyección de corriente.

Como resultado, habrá secciones de conductor (las m8s alejadas) que prClct¡camente no colaborarán para ladispersibn de la corriente al suelo. El punto en el cual estas secciones de conductores pr&ticamente ya no drenarancorriente dependerá de la distribución del potencial. Esta distribucibn estará principalmente definida por el efectoconjunto del frente de onda de la corriente y la inductancia del conductor, asi como por la resistividad del terreno.

Para calcular la longitud efectiva de una contra-antena se utiliza la siguiente relaci6n [Ref.l):r

L ef = 1,3J Tf p

Donde:

L sf= longitud efectiva, en m

Tf = tiempo de frente, en PS

P = resistividad del terreno, en R-m

La tabla 1 y la figura 13 ilustran la aplicacicin de la relacibn (If)

Para el disefio o instalación de una red de tierras, no se debe exceder la longitud efectiva de una contra-antena paraun tiempo de frente de 5 PS considerando el valor de resistividad del terreno.

TABLA 1 - Longitud efectiva de una contra-antena para diferentes valoresde tiempo de frente y resistividad del suelo

REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LfNEAS DE ESPECIFICACIÓN


21 de35

160

140- m

0 ,PS

h -4 3 w Cr, <o h 8 0, 0h ,” hnr

Tiempo de frente

-lOOR~m---- 300fIm.......500 R.m -750 fbm...,...lOOO~~m/

FIGURA 13 - Longitud efectiva de la contra-antena en función del tiempo defrente de la corriente de descarga atmosfklca para

diversas resistividades de terreno

6 MANTENIMIENTO DE LAS REDES DE TIERRA CONVENCIONALES

6.1 Actividades

Los sistemas de tierra requieren de mantenimiento debido principalmente a: envejecimiento de sus elementos,corrosión en conexiones, cambios en los valores de resistividad del suelo (debido a condicionesclimBt¡cas, agrícolasetc.), vandalismo, etchera.

El mantenimiento de los sistemas de tierra se realiza en forma periódica considerando las siguientes actividadesfundamentales:

- medición de resistividad del suelo de acuerdo al punto 6.1 de esta especificach,

medici6n de resistencia a tierra de la estructura por el m&odo indicado en el capitulo 6 deesta especiticaci6n,

- revisión de: conexiones de cables de guarda a la estructura (cola de rata), bajantes de laspatas de la estructura a la cimentaci6n y contra-antenas,

reparacih de los sistemas de tierra que presenten danos físicos,

corrección de la red de tierra.

6.2 Wtodo de Corrección

Las redes de tierra que tengan resistencia a tierra mayor a 10 S2 o estructuras que tengan antecedentes de falla porflameo inverso, se deben corregir de acuerdo a la tabla 2.

990813 1 I I I I I I I I I I


ESPECIFICACl6N

CFE OOJLO-28

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Utilizar preferentemente contra-antenas de cable de cobre o de acero forrado de cobre donde no se hayan tenidoantecedentes de vandalismo yen terrenos con resistividad menor a 1 OO fiarn, en caso contrario se debe utilizar cablede acero galvanizado.

TABLA 2- Correcciones para mantenimiento de redes de tierra

DiseiIo de la red de tierra pare estructures(‘)7

Figuras

Intervalo de resistividad Longitud de contra-antena Número de electrodos por(n-m) ( 4 piezas) contra-antena Cimenta- Clmenta-

1 don d e ci6n deCimentación Cimentación Cimentación Clmentaci6n Concreto acerode concreto de acero de concreto de acero

Menor a 100 3 0 1 0 == ==

lOOa 6 6 2 1 9A 9B300 a 500 12 12 3 2 1OA 1OB500 a 750 24 24 5 4 1lA 1lB

750a 1000 30 30 6 5 12A 128Mayor a 1000 : . -*, . bISdi eSpCi& : ->1” == cc

ml Wanse dlculos en el capitulo 7

Las contra-antenas deben conectarse a cada pata de la estructura dispuestas a 45 O con relación a la trayectoria dela línea.

Las contra-antenas deben alojarse en cepas que tengan una profundidad mínima de 0,5 m, con excepción de losterrenos de cultivo donde la profundidad debe ser de 1,5 m para prevenir danos por implementos agrícolas.

Los electrodos verticales deben quedar instalados equidistantemente, conectando siempre un electrodo en elextremo de la contra-antena.

En caso de que no sea posible incar varillas verticales, se requiere instalar electrodos fabricados en campo deacuerdo al Apendice E.

Todas las conexiones que se lleven a cabo se deben hacer empleando soldadura de aluminotermia en sitio, utilizandolos moldes de grafito de uso rudo y cargas de soldadura; número 90 para uniones cable-cable y cable-electrodovertical y número 150 para uniones cable estructura.

Para suelo rocoso se debe emplear como material de relleno un químico intensificador de 10 x 10 cm colocando lacontra-antena al centro y terminar el relleno con el material de la misma excavación

8.3 Materiales a Utilizarv alambre de cobre con sección transversal de 33,62 mm*,- alambre de acero recubierto de cobre con sección transversal de 33,62 mm*,

cable de acero galvanizado de 0,95 cm,- electrodos verticales de acero recubierto de cobre de 3,0 m x 1,6 cm,

electrodo vertical de acero galvanizado de 3,0 m x 1,9 cm,

soldadura de aluminotemia No. 90 o 150,

- químico intensificador.

990813 I 1 I 1 I I I I I I I

REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LINEAS DE ESPECIFICACl6N

TRANSMISldN AÉREAS DE 69 A 400 kVCFE OOJLO-26

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9 REFERENCIAS

[1] Hasse P, Wiesinger, ‘Handbuch fur Blitzchutz und Erdung”, Pflaum Verlag Munchen, V una DE-Verlag Berlin, Offenbach, ISBN 3-7905-0559-5,1989.

(21 IEEE-SM 80-1986, ‘IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding”, 345 East 47” Street,New York, 10017 USA, ISBN 471-85393-3.

[3] IEEE Green Book, ” IEEE Recommended practice for Grounding of Industrial and CommercialPower Systems”, ANSIIIEEE Std 142-1991, New York, 1996, USA. ISBN l-55937-141-2.

[4] Uman M, ‘Lightning”, Dover Publications Inc., New York, 1984, ISBN O-486-64575-4.

[5] Lara ZúAiga Carlos A, ‘Pruebas de Electrodos y Rellenos para Sistemas de Tierras de Lineas deTransmisión (primera parte)“, LAPEM, CFE, reporte K3044-13-1996, expediente K4RP-5006,30de Abril de 1996.

(61 Sakis Meliopoulus A.P., ‘Power System Grounding and Transients; an Introduction”, Mar&Dekker, Inc., New York and Basel, 1988, ISBN o-8247-7908-8.

m EPRI EL-2699, “Transmission Line Grounding, Volumel’, RP1494-1, Final Report, October1982, Palo Alto, California, USA.

[8] EPRI EL-2699, ‘TTransmission Line Grounding, Volume2: Design Curves”, RP1494-1, FinalReport, October 1982, Palo Alto, California, USA.

(91 CFE-GPTT, . Catálogo de Torres: 400 kV, 230 kV y 115 kV”,1991.

[lo] NOM-OOI-SEMP-1994 ‘Relativo a las Instalaciones al Suministro y Uso de la Energla Eléctrica’

[ l l ] Cortes, Ignacio y Lara, Carlos ‘Sefección de Electrodos y Relleno Quimicos para Sistemasde Tierra de Líneas de Transmisibn’ LAPEM, CFE, Reporte K3044-38-1997, ExpedienteK4RP-5006,23 de mayo de 1997.

(12) CFE-CPTT ‘Catilogo de Cimentaciones Nomalizadas para Estructuras de 400; 230 y 115 kV.1998.

990313 I I I I I I I I I I I


TRANSMISION AÉREAS DE 69 A 400 kVCFE OOJLO-26

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APÉNDICE A

MÉTODO DE WENNER 0 DE LOS 4 ELECTRODOS PARA LA MEDICIdN DELA RESISTIVIDAD DEL SUELO

Generalidades

La medición de resistividad del suelo es una forma rápida y pr&tica aunque indirecta de valorar las característicasy condiciones del suelo, ya que esti en función del tipo, wmpactación, contenido de humedad y sales solubles enlos estratos. Es el inverso de la conductividad eléctrica.

Debido a que la humedad del suelo y la temperatura no son constantes, el valor de la resistividad sólo es verdaderopara el momento de la medici6n.

Material y Equipo

al Medidor de resistencia de baja frecuencia, pudiendo ser analógico o digital, el cual debe cumplircon los requerimientos de calibracibn indicados en el Apbndice C de esta especMcaci6n.

b) Electrodos verticales de acero inoxidable, galvanizado o con revestimiento de cobre soldado, de40 a 60 cm de longitud por 6 mm de digmetro mínimo, con punta en un extremo.

a Cables de cobre aislado para conexión de seccibn transversal mínima de 2 mm’, con un caim4nen un extremo y, en el otro, la terminal adecuada al medidor de resistencia que se utilice, siendola más común la del tipo banana.

Procedimiento de Medición

al Clavar cuatro electrodos verticales en el suelo, hasta lograr un buen contacto ektriw,dispuestos en línea recta con una separación uniforme entre ellos. Se recomienda que lasseparaciones entre los electrodos verticales sean múltiplos de 1,6 m (1,6 m; 3,2 m; 4,8 m; 6.4 m,etc.) según se requiera.

W Se debe procurar que los electrodos verticales queden alineados y verticales, que no existanhuecos alrededor de ellos y que esten clavados a la misma profundidad (b), sin exceder 16 cmpara la medición a 1,6 m y 32 cm para la medición a 3,2 m entre electrodos verticales y asísucesivamente.

cl Las terminales de corriente del instrumento Cl y C2 se conectan a los electrodos verticales delos extremos y las de potencial Pl y P2 a los electrodos verticales intermedios como se indicaen la figura Al.

d) Para terrenos secos, se puede humedecer ligeramente el terreno alrededor de cada electrodovertical.

el Si el equipo cuenta con una terminal de tierra (G), debe conectarse a un quinto electrodo oelectrodo vertical, instalado a la mitad de la distancia entre los electrodos verticales de potencial(Pi y P2.)

AM-4 m I I I I I I 1 I I 1 I

990613 I 1 I 1 I I I I I I I

REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LiNEAS DETRANSMISl6N AÉREAS DE 69 A 400 kV

ESPECIFICACl6N

CFE OOJLO-26

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f) Efectuar la medición con ayuda del equipo (de acuerdo a su instructivo) y tomar el valor de laresistencia en R.

9) Calcular la resistividad del suelo mediante la siguiente fórmula:

p=2xaR

Donde:R = resistencia medida en $2

a = separación entre electrodos en m

p = resistividad del suelo en fIm

x = 3,1416

Para 8 = 1,6 m =S p = 10 R (fim)

Para a = 3,2 m * p = 20 R (0.m)

h) Los valores obtenidos se deben asentar en el formato 1 para líneas en construcción o en elformato 3 para lineas en operación.

Errores

Los errores más frecuentes que se pueden tener durante la medición se dan en el Apkndice D de esta especificación

medión

Profundidad de medii6n

FIGURA Al - Medlclh de resistividad por el mbtodo de Wenner”

_---_- 1 I I I I I I 1 1 I I

L

I

REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LfNEAS DETRANSMISIÓN AÉREAS DE 69 A 400 kV

ESPECIFICACIÓN

CFE OOJLO-28

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APÉNDICE B

PRINCIPIO DE MEDICl6N DE RESISTENCIA ELÉCTRICA DE LA RED DE TIERRA

Generalidades

El objetivo principal es determinar de la manera mis simple y práctica, el valor de la resistencia entre la estructurade la linea de transmisión y el terreno en que se encuentra.

Esta medicibn se basa en la Ley de Ohm ( R = VI I ), en la cual se requiere de la medición de la diferencia de potencialV y de la corriente el&rica 1.

Material y Equipo

al Wltmetro, amp&rnetro y batería (los medidores de resistencia comerciales integran estoscomponentes).

b) Electrodos verticales de acero inoxidable, galvanizado o con revestimiento de cobre soldado, de40 a 60 cm de longitud por 6 mm de dihmetro mínimo, con punta en un extremo.

cl Cables de cobre aislado para conexión de sección transversal mínima de 2 mm’, con caiman enun extremo y , en el otro, la terminal adecuada al medidor de resistencia que se utilice, siendo lamãs común la del tipo banana. El cable de corriente (m8s largo) debe tener pantalla.

Principio de Medición

Se clavan dos electrodos verticales, llamados tambibn sondas o electrodos a ciertas distancias de la pata de laestructura. Se aplica una corriente entre la pata y el electrodo vertical C, y se mide con un ampkmetro y la diferenciade potencial se mide con un vóltmetro entre la pata y el electrodo vertical P, véase la figura Bi.

FIGURA Bl - Colocación de los electrodos verticales de con-lente C y potencial P

1 I 1 I 1 I I I I I DI

990813 I I I I I I I I I I I

REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LfNEAS DE ESPECIFICACI6N

TRANSMISI6N AÉREAS DE 69 A 400 kVCFE OOJLO-28

27de3!5

Si el electrodo vertical P se coloca en varios puntos entre la pata y el electrodo vertical C de preferencia en linearecta, se pueden obtener una serie de lecturas de tensión y por la Ley de Ohm, se determina la resistencia el&ticaen cualquier punto medido; por ejemplo si la tensi6n V medida entre la pata y el electrodo vertical P es de 3 v , yla corriente aplicada ‘1” es de 0,3 A, la resistencia elWr¡ca en ese punto es de 10 R.

Moviendo el electrodo vertical P de la pata de la estructura hacia el electrodo vertical C se puede obtener una seriede valores de resistencia el&ztrica, los cuales pueden ser trazados en una gráfica, tal como se muestra en la figura82.

12 -I , ,

I I I ,I

,O.w---;--y-: ___- ;---j -__- / ----! ---- j -.-- '---j --__ i_-

I

8 _____; ____ I ____; ____; ____ j -_-_; ----; ----; ---. j----~_-

E I0 I

S.----~----I----~.--1 -... / .--- i .-.-: .--- ;---:: .___ ~__

I I ; : : ~---J----I-__-L---~-~~~i---~----~_---L--~J~~__ 1

I

l0 5 10 1s 20 25 30 35 40 45 so 55 60 86;

Distada del electrodo principel (m)

FIGURA 82 - Resistencia a diferentes distancias entre el electrodo vertical P y la pata de la estructura

A medida que el electrodo vertical P se aleja de la pata de la estructura, los valores de la resistencia se vanincrementando hasta un punto en donde la variaci6n de la resistencia es relativamente pequefia, si se continúamoviendo el electrodo vertical P hacia la C, se observarán nuevos incrementos en los valores de resistencia. El valorcorrecto de la resistencia se encuentra cuando el electrodo vertical P se coloca en el punto de menor variación deresistencia, Rsto es generalmente a un 62 % de la distancia entre el electrodo de tierra (pata) y el electrodo verticalde corriente C lo cual se conoce como la regla del 61,8 %.

Errores

Los errores m8s frecuentes que se pueden tener durante la medicibn se dan en el Apbndice D de esta especificación.

990813 I I 1 I I I I I I I I

REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LINEAS DETRANSMISIÓN AÉREAS DE 69 A 400 kV

ESPECIFICACIÓN

CFE OOJLO-28

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APÉNDICE C

REQUERIMIENTOS DE CALIBRACIÓN DE MEDIDORES DE RESISTENCIA DE TIERRA

Los medidores de resistencia de tierra existentes en las Areas de CFE, excepto los de tipo gancho, son:

medidores de baja frecuencia (analógicos o digitales),

- medidores de alta frecuencia (anal6gicos o digitales).

LOS medidores de baja frecuencia (menores de 200 Hz) deben tener una exactitud igual o mejor al 2 % de la lecturay los de alta frecuencia (igual o mayor de 5 kHz) deben ser mejores del 5 %, y deben ser calibrados anualmente porun laboratorio de calibración acreditado a nivel nacional, como el LAPEM dentro de la propia Comisi6n.

La calibración de los medidores de baja frecuencia debe hacerse con resistencias externas de exactitud igual o mejoral 0,5 %, de disipación suficiente. Los medidores de alta frecuencia se calibran con resistencias externas noinductivas de exactitud igual o mejor al 1 ,O %, conectadas entre los bornes E y S del medidor y con un puente entrelos bornes S y H. La calibración de los dos tipos de medidores debe hacerse para cada una de sus escalas, incluyendosiempre la de 10 R.

No se aceptan calibraciones realizadas con el propio calibrador del instrumento

Los medidores de alta frecuencia requieren tambi6n una calibracibn adicional con el arreglo indicado en la figura Cl.Entre los bornes E y S se conecta una resistencia de calibraci6n Rc, algo menor que la escala completa considerada,en serie con una inductancia de 200 pH. Entre los bornes S y H se conecta una resistencia no inductiva deaproximadamente 20 . Se hace la medicibn ajustando la capacitancia C del medidor hasta obtener la indicaciónmínima de resistencia. El error en la medición de la resistencia de calibracibn en serie con la resistencia ohmica 5de la propia inductancia, debe ser igual o menor del 10 % de la escala completa. Esta calibración debe incluir siemprela escala de 10 R. La escala minima (3 f 2 o menos) no se calibra debido al gran error que tiene.

Cada área de CFE ser4 responsable de que se apliquen los métodos de calibraci6n de esta especificacidn.

E, S y H son los bornes del medidor correspondiente a Estructura, Potencial y Corriente respectivamente.

FIGURA Cl - Conexiones para la calibraclón adicional de un medidor de tierras de alta frecuencia

-a-a* - I I I 1 I I I I I 1 II!3tMJUl;( I I I I I 1 I I I I I

REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LiNEAS DE ESPECIFICACldN

TRANSMISl6N AÉREAS DE 69 A 400 kVCFE OOJLO-28

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APCNDICE D

ERRORES FRECUENTES EN LA MEDICl6N DE RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA

Durante la medición se pueden tener errores debidos principalmente a:

al Falta de calibración o mal funcionamiento del medidor.

Revisar si estC1 vigente la última calibración o si hay una indicaci6n de ‘uso limitado” o de ‘nousarse”, en la calcomania de calibración pegada al medidor (v6ase apbndice C).

En el campo se puede verificar el funcionamiento del medidor de la manera práctica siguiente:se conecta una resistencia externa de valor conocido a los bornes del medidor como se muestraen la figura Di y D2 y se hace la medición ajustando la capacitancia C hasta obtener la lecturamínima de resistencia. La resistencia medida debe quedar dentro del f 5 % del valor de laresistencia externa para los medidores de baja frecuencia y del f 10 % en los medidores de altafrecuencia, para considerar que el medidor funcione y mida razonablemente.

La resistencia externa deberá ser de carbón, como las utilizadas en electr6nica, de al menos1 W y f 5 % de tolerancia. Su valor se obtiene mediante medición con un multímetro (ohmetro)digital de exactitud igual o mejor al f 1 X, realizada preferentemente en el sitio.

Conviene contar con varias resistencias externas de valores próximos pero menores a lasescalas completas del medidor para hacer una verificaci6n mas completa, en cualquier caso serecomienda contar con una resistencia externa de 10 R.

b) Falso contacto entre el caimán de conexi6n y la varilla. Limpiar el caimán y la varilla hasta eliminarla capa de 6xido en las superficies del contacto.

cl Baterlas del instrumento bajas. Reemplazarlas por baterias nuevas o en su caso, recargarlas.

d) Algún cable de medici6n está abierto. Verificar la continuidad del cable y si esti abierto repárelo0 reemplíkelo.

el No se ajustó el cero mecánico del instrumento para equipo anal6gico.

Antes de realizar cualquier medici6n, se debe colocar la aguja en el cero de la carátula del equipo,por medio del tomillo de ajuste.

r) Tomar un valor equivocado del multiplicador de la escala de resistencia para equipo analógico.Considerar siempre el valor del multiplicador que Aste indique.

9) Valor fuera del intervalo del instrumento. Realizar una nueva medici6n humedeciendo ligeramentey solamente alrededor de cada varilla.

h) La lectura o la aguja no se estabilizan. Existe mucha interferencia o ruido el&riw. Medir en otrositio cercano donde no haya interferencia, o utilizar un equipo que cuente con filtro o cambiar laorientaci6n de la alineaci6n de las varillas o medir en otra ocasión.

990313 I I I I I I I I I I I


ESPECIFICACl6N

CFE OOJLO-28

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Resistencia de valor conocido

Equipo de medidn

FIGURA Dl - Verificación del funcionamiento del medidor de resistividad de baja frecuencia

Resistencia de valor conocido

Equipo de medi6n

FIGURA D2 - Verificación del funcionamiento del medidor de resistividad de alta frecuencia

990813 I I I I I I I I I I I


TRANSMISl6N AÉREAS DE 69 A 400 kVCFE OOJLO-26

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APÉNDICE E

FABRICACl6N DE ELECTRODOS EN CAMPO PARA SISTEMAS DE TIERRA

Previamente, se debe fabricar un armazón de madera de 100 cm de alto por 25 cm por lado, utilizando un cuadradode 25 cm. El annaz6n debe tener dos crucetas colocadas a 30 cm de cada lado, tal y como se muestra en la figuraEl.

Crucetad e m

madera

l l

4

t % __tVista de planta

Acotaciones en cm

-

FIGURA El -Armazón de madera

Empezando a 20 cm de la parte inferior del armazón, se hari una bobina de cobre de 25 cm de ditimetro nominal,utilizando para tal fin 6,5 m de alambre de cobre de 33,62 mm* de sección transversal. La separacidn entre losdevanados de la bobina es de 9 cm aproximadamente, de tal manera que se tenga una longitud de 60 cm, con lafinalidad de obtener una distribución uniforme en toda la superficie del electrodo.

Adicionalmente, se debe fabricar una chaqueta cilíndrica de lamina de acero inoxidable de 33 cm de di8metro y95 cm de longitud, con dos agarraderas en un extremo.

Posteriormente se deben realizar las cepas para la instalación de los electrodos a 1,6 m de profundidad y diámetroentre 35 a 55 cm. Instalar en el fondo de la cepa la chaqueta cilíndrica con las agarraderas hacia arriba e introducirla bobina de cobre, procurando de que quede centrada ( vease figura E2).

Preparar el relleno químico utilizando la mezcla a) o la mezcla b) de acuerdo a lo siguiente :

Mezcla a) Se requieren 80 kg de una mezcla de 75 % de yeso, 20 % de bentonita y 5 % de sulfatode sodio. Agregar la mezcla en el interior de la chaqueta yen el exterior, tierra de la mismaexcavación. Posteriormente agregar 40 litros de agua al interior de la chaqueta poco apoco, utilizando un tubo para agitar la mezcla. Inmediatamente, retirar la chaqueta deac8ro.

I I I I I I I I I I 1


1 EEP;CWIFjÑ

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Mezcla b) Preparar en un recipiente abierto, de preferencia en una carretilla o cajón de madera,50 kg de químico intensificador nacional, agregandole agua poco a poco hastacompletar 60 litros, tratando de homogeneizar la mezcla con una cuchara de albafiil.Agregar la mezcla en el interior de la chaqueta y en el exterior tierra de la mismaexcavaci6n. Inmediatamente, retirar la chaqueta de acero.

Realizar la conexión de la bobina de cobre a la estructura por medio de un cable conductor que puede ser de cobreo de hilo de guarda de alumoweld o galvanizado.

Terminar de rellenar la cepa con tierra de la misma excavaci6n.

Nivel natural del suelo - /

Cepa‘(

Chaquetecilindrica

60 cm

t

100 cm

35 a 55 cm

FIGURA E2 - Cepa necesaria para la Instalación del electrodo


ESPECIFICACIÓN

CFE OOJLO-28

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LT: r1 Estructura número: [] Fecha: []

Equipo de Medición

Merca: 71 ModeloLJ Núm. de serle 71 Frecuencia de medición ]tb]

Datos de Calibración del Equipo de Medición

Folio I-1 Núm. de identificacibn (1 Fecha de calibración 1-1 Fecha de vencimiento IJ

Direccibn de la Medicibn(para estnrcturas autosoportadas)

I Arreglo A 0 Involucra patas 1 y 3 Arreglo B 0 Involuct-a patas 2 y 4 IDescripción del suelo

Supedkie del terreno: Mojado 0 Húmedo q -cl Muy seco j--☺Uso del suelo: Cultivo 0 cerril 0 B-w 0 -ElTipo de suelo: R411 Grava 0 ~cl Arcilla 0 Limo 0

Resultado de las MedicionesPata No: (-1

Donde: a : sepaación entre electrcnbR : resistencia medidap : resistividad del suelo

NOTA: En la medklón con la dbtanda a-l,6 m, la profundidad mhxhna da los electrodosparalasotrasmedldanes&besar,deprdmnda,menora32cm.

verUcalesdebeserda~6any

FORMATO 1 - Medición de la resistividad del suelo para lineas de transmisián en construcción

990813 I I I I I I I I I I I 1

REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LINEAS DETRANSMISI6N AÉREAS DE 69 A 400 kV I ESPECIFICACl6N

CFE OOJLO-28 I

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LT: ti1 Estructura número: []11 Fecha:

Equipo de Medición

Marca: 71M o d e l o 1-J Núm. de serie r] Frecuenda de medici&~~~]

Datos de Calibracibn del Equipo de Medición

Folio 71 Núm. de MentEcad6n 71 Fecha de calibraci611 I-1 Fecha de vencimiento []

Descripción del sueloSuperficie del terreno: Mojado 0 Húmedo 0 - c l Muy seco 0

Uso del suelo: Cultivo 0 cerril f-J Bosque 0 otros 0

Tipo de suelo: R=cl Grava 0 Arena 0 Arcilla 0 Limo 0

Resultado de las MedicionesDistancia del ektrodo “E” al electrodo “C” = 75 m

Lectura NoDistancia del electrodo ‘?”

(m)Lectura del equipo Escala Resistencia

NJ)1 39 Rl=

2 w Rí!=

3 54 R3=

PORCIENTO DE VARIACIdN

(R, - R,)AR24 = x100 = %

Rz

(R, - R,)

AK2 = x 1 0 0 =%

R2

NOTA: Si AR es menor al 5 X, el valor real de Is reslstrncla de la red de Herrar es Igual al valor do la lectura \. En casocontrario, la dlstancla entre el electrodo E y el electrodo C, se debe duplicar, al Igual que las distancias del electrodoP. hasta que AR sea menor al 3 %.

FORMATO 2 - Medición de la resistencia el&trica de la red de tierra de la linea de transmisión enconstfucclbn

1990813 I I I I I I I I I I I .

REDES DE TIERRA PARA ESTRUCTURAS DE LINEAS DE ESPECIFICACIÓNTRANSMISIÓN AÉREAS DE 69 A 400 kV

CFE OOJLO-28

35de358

83

z 0v 0

%3

Ed

% õ4 -5=

25b . .b-2 2P990913 I I I I I I I I I I I

00JL0-28 REDES DE TIERRAS PARA EST DE LT AÉREAS DE 69 A 400 KV

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