La dispersión de corriente en sistemas de tierra es crítica para la seguridad eléctrica y la protección de equipos. Calcularla correctamente según IEC e IEEE es esencial para evitar riesgos y cumplir normativas.
Este artículo explica cómo realizar el cálculo de dispersión de corriente en sistemas de tierra, siguiendo IEC e IEEE. Encontrarás fórmulas, tablas, ejemplos y una calculadora inteligente.
Calculadora con inteligencia artificial (IA) – Calculadora de dispersión de corriente en sistemas de tierra – IEC, IEEE
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- Calcular la corriente de dispersión para un sistema de tierra con resistencia de 5 Ω y tensión de falla de 230 V.
- Determinar la corriente de fuga en un sistema de puesta a tierra con resistividad de 100 Ω·m y malla de 20 m².
- Estimar la corriente de dispersión máxima permitida según IEEE 80 para un electrodo vertical de 3 m.
- Comparar la dispersión de corriente en dos sistemas de tierra: uno con 10 Ω y otro con 2 Ω de resistencia.
Tablas de valores comunes en la Calculadora de dispersión de corriente en sistemas de tierra – IEC, IEEE
| Resistencia de Tierra (Ω) | Resistividad del Suelo (Ω·m) | Área de Electrodo (m²) | Corriente de Falla (A) | Tensión de Falla (V) | Corriente de Dispersión (A) | Norma Aplicable |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 50 | 10 | 500 | 230 | 230 | IEC 60364 |
| 2 | 100 | 20 | 1000 | 400 | 200 | IEEE 80 |
| 5 | 150 | 30 | 2000 | 500 | 100 | IEC 60364 |
| 10 | 200 | 50 | 3000 | 600 | 60 | IEEE 80 |
| 20 | 300 | 100 | 5000 | 1000 | 50 | IEC 60364 |
| 0.5 | 25 | 5 | 250 | 120 | 240 | IEEE 80 |
| 3 | 80 | 15 | 800 | 300 | 100 | IEC 60364 |
| 7 | 120 | 25 | 1500 | 350 | 50 | IEEE 80 |
| 15 | 250 | 60 | 4000 | 800 | 53.3 | IEC 60364 |
| 25 | 400 | 120 | 6000 | 1200 | 48 | IEEE 80 |
En la tabla anterior se muestran valores típicos de resistencia de tierra, resistividad del suelo, área de electrodo, corriente y tensión de falla, corriente de dispersión y la norma aplicable. Estos valores son útiles para estimaciones rápidas y para comparar resultados de la calculadora de dispersión de corriente en sistemas de tierra – IEC, IEEE.
Fórmulas para la Calculadora de dispersión de corriente en sistemas de tierra – IEC, IEEE
El cálculo de la dispersión de corriente en sistemas de tierra se basa en la relación entre la tensión de falla, la resistencia de tierra y la corriente de falla. Las principales fórmulas utilizadas, según IEC 60364 e IEEE Std 80, son:
Id = Vf / Rt
- Id: Corriente de dispersión (A)
- Vf: Tensión de falla (V)
- Rt: Resistencia de tierra (Ω)
Rt = (ρ / (2πL)) * [ln(4L/d) – 1]
- Rt: Resistencia de tierra (Ω)
- ρ: Resistividad del suelo (Ω·m)
- L: Longitud del electrodo (m)
- d: Diámetro del electrodo (m)
Rt = ρ / (4 * A0.5)
- Rt: Resistencia de tierra (Ω)
- ρ: Resistividad del suelo (Ω·m)
- A: Área de la malla (m²)
Imax = (Cs * Abody * (Tstep – Ttouch)) / (Rbody * t)
- Imax: Corriente máxima permitida (A)
- Cs: Factor de seguridad (adimensional, típicamente 0.116 para adultos)
- Abody: Área de contacto del cuerpo (m²)
- Tstep: Tensión de paso (V)
- Ttouch: Tensión de contacto (V)
- Rbody: Resistencia del cuerpo humano (Ω, típicamente 1000 Ω)
- t: Tiempo de exposición (s)
Valores comunes de variables:
- Resistividad del suelo (ρ): 25 – 400 Ω·m (depende del tipo de suelo)
- Resistencia de tierra (Rt): 0.5 – 25 Ω (según diseño y normativa)
- Tensión de falla (Vf): 120 – 1200 V (según sistema y nivel de falla)
- Área de malla (A): 5 – 120 m² (según instalación)
- Longitud de electrodo (L): 1 – 10 m
- Diámetro de electrodo (d): 0.012 – 0.05 m
- Resistencia del cuerpo humano (Rbody): 1000 Ω (valor típico para cálculos de seguridad)
Ejemplos del mundo real de la Calculadora de dispersión de corriente en sistemas de tierra – IEC, IEEE
Ejemplo 1: Subestación eléctrica con malla de tierra (IEC 60364)
Supongamos una subestación con una malla de tierra de 30 m², resistividad del suelo de 100 Ω·m y una tensión de falla de 400 V. Se requiere calcular la corriente de dispersión.
- ρ = 100 Ω·m
- A = 30 m²
- Vf = 400 V
Primero, calculamos la resistencia de tierra:
Rt = 100 / (4 * (30)0.5)
Rt = 100 / (4 * 5.477)
Rt = 100 / 21.908
Rt ≈ 4.56 Ω
Ahora, calculamos la corriente de dispersión:
Id = 400 / 4.56
Id ≈ 87.72 A
La corriente de dispersión en este caso es de aproximadamente 87.72 A, lo que permite dimensionar los conductores y verificar la seguridad del sistema.
Ejemplo 2: Electrodo vertical en sistema de tierra (IEEE 80)
Consideremos un electrodo vertical de 3 m de longitud y 0.016 m de diámetro, en un suelo con resistividad de 150 Ω·m. La tensión de falla es de 230 V. Calcule la resistencia de tierra y la corriente de dispersión.
- ρ = 150 Ω·m
- L = 3 m
- d = 0.016 m
- Vf = 230 V
Calculamos la resistencia de tierra:
Rt = (150 / (2 * 3.1416 * 3)) * [ln(4*3/0.016) – 1]
Rt = (150 / 18.8496) * [ln(750) – 1]
Rt = 7.96 * [6.6201 – 1]
Rt = 7.96 * 5.6201
Rt ≈ 44.75 Ω
Ahora, la corriente de dispersión:
Id = 230 / 44.75
Id ≈ 5.14 A
La corriente de dispersión en este caso es de aproximadamente 5.14 A, lo que puede ser suficiente para sistemas de protección de baja potencia.
Consideraciones adicionales y recomendaciones prácticas
- La resistividad del suelo puede variar significativamente con la humedad, temperatura y composición. Se recomienda medirla in situ.
- La resistencia de tierra debe ser lo más baja posible para garantizar la seguridad de personas y equipos.
- Las normativas IEC 60364 e IEEE 80 establecen límites máximos de tensión de contacto y paso para evitar riesgos eléctricos.
- El diseño de sistemas de tierra debe considerar la corriente máxima de falla esperada y la capacidad de disipación del terreno.
- El uso de mallas, electrodos múltiples y materiales conductores adecuados mejora la eficiencia del sistema de tierra.
Para profundizar en el tema, se recomienda consultar las siguientes fuentes de autoridad:
- IEC 60364 – Electrical Installations of Buildings
- IEEE Std 80-2013 – IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding
- NFPA 70 – National Electrical Code
La correcta aplicación de la calculadora de dispersión de corriente en sistemas de tierra – IEC, IEEE, junto con el uso de fórmulas y tablas, garantiza instalaciones seguras y conformes a la normativa internacional.