Caso de éxito: de 724 V a 2,55 V de tensión de contacto en una torre de 115 kV en zona urbana
Una empresa de distribución de energía en Colombia tenía una torre de una línea de 115 kV en zona urbana, con acceso de público, cuyas tensiones de contacto llegaban a 724 V ante una falla, casi cinco veces el máximo admisible de 150 V. Hidrosolta mejoró la malla de puesta a tierra con 4 pozos capacitivos HIDROSOLTA de 90 kg y dos anillos de cobre embebidos en suelo artificial. Después del mejoramiento, la tensión de contacto máxima bajó a 2,55 V (99,6% menos), la resistencia pasó de 21 Ω a 9,8 Ω y los 10 puntos medidos cumplieron. El nombre del cliente se reserva por confidencialidad.
Resumen: antes y después
Indicador | Antes (agosto de 2019) | Después (febrero de 2021) |
Resistencia de puesta a tierra (25 kHz) | 21 Ω | 9,8 Ω |
Tensión de contacto máxima | 724,52 V | 2,55 V |
Tensión de paso máxima | 142,86 V | 97,05 V |
Puntos que no cumplen (de 10) | 4 | 0 |
Corriente de diseño de la malla usada en el cálculo | 0,78 kA | 1,29 kA |
Condición del terreno al medir | Seco | Húmedo (más crítico) |
El límite para un sitio con acceso de público y un despeje de falla de 380 ms es 150 V, tanto para la tensión de contacto como para la de paso.
El problema
La estructura (un poste metálico de transmisión de 115 kV) está en una zona urbana con tránsito de personas. La corriente de cortocircuito en ese punto es de 16,48 kA y las protecciones despejan la falla en 380 ms.
El RETIE vigente (artículo 15.5.3) exige comprobar las tensiones de paso y de contacto en estructuras de líneas de 110 kV o más en zonas urbanas.
En la medición inicial, 4 de los 10 puntos no cumplían: las cuatro tensiones de contacto alrededor de la base, entre 344 V y 724 V. El informe recomendó mejorar la malla de puesta a tierra.
La resistencia de puesta a tierra era de 21 Ω, por encima de la referencia de 20 Ω del RETIE para estructuras de líneas con cable de guarda.
La solución instalada
4 pozos capacitivos (kits de puesta a tierra de 90 kg de HIDROSOLTA) ubicados a 90° alrededor de la torre.
Dos anillos de cable de cobre 2/0 a 0,7 m y 1 m de la superficie de la torre, totalmente embebidos en HIDROSOLTA, unidos a los cuatro pozos.
Todas las uniones con soldadura exotérmica e instalación a 40 cm de profundidad.
Capa superficial de cascajo de 10 cm con una resistividad de al menos 1.000 Ωm.
Tensión de contacto por lado de la torre
Punto | Antes (V) | Después (V) | Límite (V) |
Lado 1 | 450,31 – no cumple | 0,36 – cumple | 150 |
Lado 2 | 469,15 – no cumple | 2,02 – cumple | 150 |
Lado 3 | 724,52 – no cumple | 2,55 – cumple | 150 |
Lado 4 | 343,59 – no cumple | 0,77 – cumple | 150 |
Las tensiones de paso cumplían antes y siguieron cumpliendo después: el máximo pasó de 142,86 V a 97,05 V.
Por qué la comparación es exigente
Más corriente en el cálculo. Al bajar la resistencia, la malla recibe una parte mayor de la corriente de falla: la corriente de diseño pasó de 0,78 kA a 1,29 kA (factor de división de corriente de 0,071 con la nueva resistencia). Aun con 65% más corriente, las tensiones bajaron.
Terreno húmedo. La medición final se hizo con el terreno húmedo, la condición más crítica; la inicial, en clima seco.
Mismo método. Ambas veces se usó inyección de impulsos de corriente de 50 a 68 A, una resistencia de 1.000 Ω que simula el cuerpo humano, escalado por proporcionalidad a la corriente de diseño, y telurómetro de alta frecuencia (25 kHz) que desacopla el cable de guarda.
Lecciones del proyecto
La seguridad se mide en voltios, no solo en ohmios. Con 21 Ω la torre estaba cerca de la referencia, pero las tensiones de contacto eran casi cinco veces el límite. Lo que las controló fue repartir el potencial alrededor de la base.
Los anillos embebidos en suelo artificial aplanan el gradiente. Rodeados de HIDROSOLTA, se comportan como electrodos de gran sección justo donde una persona toca la estructura.
Medir antes y después. La medición inicial identificó qué puntos fallaban y la final comprobó la solución con una corriente de diseño mayor.
Preguntas frecuentes
¿Cómo se reducen las tensiones de contacto en una torre de alta tensión en zona urbana?
Repartiendo el potencial alrededor de la base. En este caso, una torre de 115 kV pasó de 724 V a 2,55 V de tensión de contacto máxima con 4 pozos capacitivos HIDROSOLTA de 90 kg, dos anillos de cobre 2/0 a 0,7 m y 1 m de la torre embebidos en suelo artificial y una capa de cascajo de 10 cm. El límite era 150 V.
¿Basta con bajar la resistencia de puesta a tierra para que una torre sea segura?
No. Antes del mejoramiento esta torre tenía 21 Ω, cerca de la referencia de 20 Ω, pero 4 de 10 puntos superaban el límite de tensión de contacto. Después quedó en 9,8 Ω, y lo que llevó las tensiones a valores seguros fue la geometría de la malla con anillos embebidos.
¿Por qué la corriente de diseño cambió de 0,78 kA a 1,29 kA?
Porque en una línea con cable de guarda la corriente de falla se reparte entre la malla de la torre y los cables de guarda. Al bajar la resistencia de la torre, la malla recibe una fracción mayor. Con 9,8 Ω el factor de división fue 0,071 de una falla de 16,48 kA.
¿Cómo se miden las tensiones de paso y de contacto?
Se inyecta un impulso de corriente en la puesta a tierra y se mide la tensión sobre una resistencia de 1.000 Ω que simula el cuerpo humano, entre dos electrodos que simulan los pies (paso) o entre un pie y la estructura (contacto). Luego el valor se escala a la corriente de diseño por proporcionalidad, según la guía IEEE 81.
Siguiente paso
Si su empresa tiene torres o postes metálicos en zonas urbanas, colegios o viviendas cercanas, le ayudamos a medir y a controlar las tensiones de paso y de contacto. Vea también el caso del transformador de poste con pozo capacitivo y los demás casos de éxito.
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