53166360 tecnicas medicion sist de tierra

8/4/2019 53166360 Tecnicas Medicion Sist de Tierra

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TÉCNICAS MODERNAS PARA LA MEDICIÓN DE SISTEMAS DEPUESTA A TIERRA EN ZONAS URBANAS

(EXTRACTO)

Ing. Ignacio Agulleiro

Prof. Miguel Martínez Lozano, MSc



1. INTRODUCCIÓN

El objetivo de este informe es resaltar la importancia de una buena puesta atierra, el porqué de su monitoreo y mantenimiento, y en particular, algunosmétodos (tradicionales y modernos) para llevar a cabo la medición de la

resistencia de la misma en diferentes tipos de instalación; principalmentepequeñas y medianas.

Para realizar el estudio se revisaron y analizaron diferentes estándaresreconocidos como los de la IEEE (“Institute of Electrical and ElectronicsEngineers”), publicaciones, manuales de equipos de medición y páginas enInternet de algunos de los fabricantes de dichos equipos.

Con la información recopilada se explicaron algunas definiciones básicasrelativas a resistividad y resistencia, se realizó la descripción de los diferentesmétodos de medición de puesta a tierra, los diferentes factores que pueden

afectar su medición, así como la comparación entre ellos; que se resume en unatabla. También se dedica una sección a la descripción de varios ejemplos dondese ilustra cómo se ejecutan los métodos descritos en diferentes tipos deinstalaciones.



2. CONSIDERACIONES GENERALES

2.1. De la necesidad de la puesta a tierra [2]

Un buen sistema de puesta a tierra es necesario para mantener buenos niveles

de seguridad del personal, operación de los equipos y desempeño de losmismos.

En sistemas de potencia la puesta a tierra mantiene la referencia necesaria. Laforma en que el sistema se conecta a tierra puede tener un gran efecto en lamagnitud de los voltajes de línea a tierra que deben ser mantenidos encondiciones normales y bajo condiciones transitorias. En sistemas no puestos atierra, algunas tensiones pueden provocar fallas en el aislamiento de los equiposy sistemas. La puesta a tierra del neutro del sistema permite la operación desistemas de protección basados en la detección de corrientes que circulan porla misma, despejándose así el circuito bajo falla.

La puesta a tierra de los equipos se refiere a la conexión intencional de lascarcasas, bastidores o estructuras metálicas no portadores o transmisores decorriente de los mismos, para lograr los siguientes propósitos:

• Mantener una diferencia de voltaje baja entre las diferentes estructurasmetálicas con lo que se busca resguardar al personal de cualquier choqueeléctrico. En el momento de una falla de un elemento energizado a unbastidor, por ejemplo, el voltaje de dicho bastidor tiende a igualarse al delconductor energizado, si el primero no está debidamente conectado atierra; constituyendo un serio peligro para el personal del área. Por

supuesto, esto debe combinarse con buenos relés de protección de falla atierra.

• Contribuir a un mejor desempeño de los sistemas de protección

• Evitar incendios provocados por materiales volátiles o la combustión degases al proveer un camino efectivo y seguro para las circulación decorrientes de falla y descargas atmosféricas y estáticas y así eliminar losarcos y elevadas temperaturas en los equipos eléctricos, que puedenprovocar tales incendios.

• Buen desempeño de equipos. En los sistemas o redes de computaciónuna buena puesta a tierra no sólo mantiene la seguridad del personal yprovee de un camino de baja impedancia para las corrientes de falla, sinoque también mantiene el mismo nivel de potencial de tierra en todas lasunidades del sistema, si estas están conectadas entre sí a tierra al mismotiempo. Si se tienen varios sistemas de alimentación en AC, cada unocon su tierra separada se puede producir ruido en el sistema de tierraconectado a las computadoras. En este caso se utiliza una malla de



referencia de señales para igualar el voltaje en un mayor rango defrecuencia. Las carcazas de las computadoras se conectarán a esta mallay a la barra de tierra del sistema. La malla se conectará también a la barrade tierra principal.

Estas son, entre otras, las razones de la necesidad de un buen sistema depuesta a tierra, así como de su mantenimiento.

2.2. Sobre resistividad y resistencia de puesta a tierra, así como de lanecesidad de su monitoreo [1]

Existen dos parámetros importantes a la hora de diseñar o realizarmantenimiento de un sistema de puesta a tierra: Resistividad del suelo yresistencia del sistema de puesta a tierra (electrodo, malla, etc)

La medición de resistividad es útil para los siguientes propósitos:

• Estimación de la resistencia de Puesta a Tierra de una estructura o unsistema

• Estimación de gradientes de potencial incluyendo voltajes de toque ypaso

• Cálculo del acoplamiento inductivo entre circuitos de potencia ycomunicación cercanos

• Diseño de sistemas de protección catódica

La medición de la resistencia o impedancia de puesta a tierra así como losgradientes de potencial en la superficie de la tierra debido a corrientes de tierra

es necesaria por diferentes razones, entre ellas:

• Determinar la resistencia actual de las conexiones a tierra• Verificar la necesidad de un nuevo sistema de Puesta a Tierra• Determinar cambios en el sistema de Puesta a Tierra actual. Se verifica si

es posible o no incorporar nuevos equipos o utilizar el mismo sistema depuesta a tierra para protección contra descargas atmosféricas y otros

• Determinar los valores de voltajes de paso y toque y su posible aumentoque resulta de una corriente de falla en el sistema

• Diseñar protecciones para el personal y los circuitos de potencia ycomunicación.

2.2.1. Resistividad vs. Resistencia

Aun cuando pudiesen confundirse estos dos términos, tienen significadosdiferentes. La eficiencia de un sistema de un electrodo enterrado (barra, jabalina,malla, plato, etc) es evaluado en términos de resistencia. Es una medida decuán bien el electrodo puede dispersar corriente en el suelo circundante. Lapropiedades eléctricas del suelo son descritas en términos de resistividad. Al



hacer una medición de resistencia, se está probando un sistema particular detierra. Al hacer una medición de resistividad se está haciendo una prueba alpropio suelo.

La resistencia es medida en Ohms. La resistividad es dada comúnmente en

Ohm-cms. La resistividad de un suelo determinado combinado con laconfiguración del electrodo conforma la resistencia que dicho electrodo enparticular experimenta. En la práctica, la medición de resistividad es realizadaprimero, para identificar un buen sitio para la puesta a tierra y hacer el cálculoteórico para su diseño óptimo. Después se realiza la medición de resistenciapara verificar que se ha logrado el valor deseado según los requerimientos.

Por lo indicado anteriormente es de gran importancia que se investigue laresistividad del suelo cada vez que se tenga como objetivo la instalación de unsistema de puesta a tierra. La resistividad del suelo varía por muchas razones.Entre ellas la profundidad desde la superficie, el tipo y la concentración de

químicos en el suelo, el contenido de humedad y la temperatura. En otraspalabras, la resistividad del suelo es aquella que posee el electrolito contenidoen el mismo. La presencia de agua en la superficie, por ejemplo, no indicanecesariamente una resistividad baja.

En el Anexo 1 se presentan los valores característicos de resistividad dediferentes tipos de suelo, así como los efectos de la humedad y temperatura enlos mismos (tablas 10, 11 y 12 del IEEE Std 142-1991, cap. 4)

Debido a que la resistividad del suelo varia notablemente por el tipo de suelo, asícomo por las condiciones climáticas, el sistema de puesta a tierra debe serdiseñado para el peor caso posible.

Las características del suelo y el contenido de agua son más estables enestratos más profundos, de allí que se recomiende que los electrodos seaninstalados lo más profundo posible en la tierra, alcanzando los estratos máshúmedos. Asimismo, deben ser instalados donde la temperatura es más estable.

Se debe tener en cuenta que el suelo con baja resistividad es normalmente máscorrosivo debido a la presencia de sales y agua. Por ello puede destruir loselectrodos y sus conexiones. De allí que se recomiende realizar una inspecciónanual al sistema de puesta a tierra y medir su resistencia. Aunque ésta variarádependiendo de la época o estación del año, un aumento >20% de la resistenciade tierra debe ser investigado y tomar las medidas correctivas para bajar el valorde la misma.

2.3. Resistencia de un electrodo y algunos arreglos de Puesta a Tierra

La resistencia de tierra de un electrodo esta compuesta de tres factores:• La resistencia del propio electrodo (metal)



• La resistencia de contacto del electrodo con la tierra• La resistencia del suelo, desde la superficie del electrodo hacia afuera, en

el espacio por donde circula la corriente, tierra circundante, desde elelectrodo hacia el infinito.

En Figura 1 se muestra un electrodo simple con su esfera de influencia

Figura 1: Esfera de influencia de un electrodo simple [8]

La resistencia del electrodo y su conexión es muy baja ya que los electrodos sonhechos de un material bastante conductivo y bajo en resistencia, como el cobre.La resistencia de contacto del electrodo con la tierra es también bastante baja siel electrodo está libre de pintura, grasa, etc, y el electrodo esta firmemente

enterrado.

En cuanto a la resistencia con la tierra circundante se tiene que ésta es la quetiene mayor valor de las tres. El electrodo es rodeado por conos concéntricos deun mismo espesor (como se observa en las figuras 1 y 2). Los conos máscercanos al electrodo tienen menor área y por tanto mayor resistencia. Cadacono subsecuente posee mayor área y contribuyen con menor resistencia.Finalmente hay un punto donde la suma de los conos más lejanos no implica unaumento apreciable en la resistencia total del electrodo de tierra.

Si consideramos un electrodo puntual en la superficie de un terreno homogéneo

de resistividad ρ (Figura 2), el potencial V1 a una distancia r1 del mismo (debidoa una corriente inyectada, I) será:



Figura 2: Electrodo simple y radios de influencia

V1 = (ρ.I) / 2π ∗ 1 / r1

Y a otra distancia r2 > r1, el potencial será:

V2 = (ρ.I) / 2π ∗ 1 / r2La resistencia entre ambas capas será:

R = (V1-V2) / Z = ρ ∗ (r1 –r2) / 2π ∗ r1 ∗ r2

Al diferir r1 y r2 una cantidad muy pequeña, dr, se tiene:

R = ρ ∗ dr / 2π ∗ r∧2

De aquí se observa que la corriente I va atravesando sucesivamente capas o

conos cuyas resistencias decrecen con el cuadrado de la distancia. Por ello lascapas de mayor radio contribuyen poco en la resistencia total, que dependeráesencialmente de las capas más próximas al electrodo.

En el Anexo 2 se tiene un ejemplo de un electrodo (jabalina) y la variación de laresistencia a medida que nos alejamos del mismo (tabla 9 del IEEE Std 142-1991, cap 4). Se observa que la contribución de resistencia en conos muyalejados del electrodo es despreciable.

Factores como la resistividad, la longitud del electrodo y profundidad a la que esenterrado y el diámetro del mismo, afectan la resistividad total del mismo.

Otro factor a tomar en cuenta cuando se trabaja con electrodos tipo jabalina esla proximidad de unos con otros. Al trabajar en un arreglo de varios electrodosen paralelo la resistencia total no se ve muy disminuida si estos están muypróximos entre sí. Esto se debe a la resistencia mutua que provoca que lacorriente que circula por cada electrodo eleve el voltaje en los próximos a éste.Como el voltaje es incrementado por el mismo valor de corriente, la resistenciatotal es incrementada por la resistencia mutua entre electrodos. Este fenómeno



se debe tener en cuenta no sólo al diseñar el arreglo de los electrodos sinotambién en el momento de colocar los electrodos de prueba a la hora de realizarmediciones de resistencia de un sistema de puesta a tierra, como se verá másadelante.

2.3.1. Arreglos o tipos de sistema de puesta a tierraExisten dos tipos de sistemas de puesta a tierra; simples y complejos. Lossimples consisten en un electrodo aislado enterrado. Este sistema es el másutilizado y se puede encontrar en sitios residenciales. Los sistemas complejosconsisten en un conjunto de electrodos interconectados, mallas, platos de tierray lazos o anillos de tierra. Estos últimos son instalados normalmente ensubestaciones, oficinas centrales y centros de telecomunicaciones.

En la Figura 3 se pueden ver algunos ejemplos de estos sistemas de puesta atierra.

Figura 3: Electrodos de Puesta a tierra [8]. A) Barra o jabalina; b) Arreglo de electrodos enparalelo; c) Malla; d) Plato

2.4. Valores de Resistencia recomendados

Los valores recomendados por el Std IEEE 142-1991 [6] son los siguientes:

• Para grandes subestaciones, líneas de transmisión y estaciones degeneración: 1 Ohm



• Para Subestaciones de plantas industriales, edificios y grandesinstalaciones comerciales: 1-5 Ohm

• Para un electrodo simple: 25 Ohm

3. MÉTODOS TRADICIONALES PARA LA MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD DETIERRA

Se describirá un método para la medición de la resistividad de un terreno,considerando que es homogéneo.

3.1. Método de los cuatro electrodos o método de Wenner

Este método fue desarrollado por Frank Wenner del US Bureau Of Standards en1915 (F. Wenner, A Method of Measuring Earth Resistivity; Bull, National Bureauof Standards, Bull 12(4) 258, s 478-496; 1915/16).

(a) (b)

Figura 4: (a) Megger e instalación de Electrodos [8] ; (b) Funcionamiento del Método Wenner.

En las Figuras 4 (a) y (b) se describe gráficamente el método de Wenner. Estoselectrodos deben ser colocados en línea recta a una misma distancia entre ellos,a, y a una misma profundidad, b. Las mediciones dependerán de la distanciaentre electrodos y del contacto de estos con la tierra. La distancia b no debeexceder un décimo de la distancia a.

El método consiste en inyectar una corriente conocida por los electrodos deprueba C1 y C2. Entre los electrodos de prueba P1 y P2 se mide la diferencia depotencial resultante de la inyección de corriente anterior. Con estos datos sepuede calcular la resistencia y el valor de la resistividad del terreno, a unaprofundidad, b, será:

ρ= 2π * A * R si b << a



Donde: ρ = Resistividad promedio a la profundidad, b, (Ohm – cm)π = constante 3.1416a = distancia entre los electrodos (cm)R = Resistencia medida por el Megger (Ohm)

Como los resultados de la medición son normalmente afectados por materialesmetálicos enterrados, se recomienda realizar la medición varias vecescambiando el eje de los electrodos unos 90°. Cambiando la profundidad ydistancia de los electrodos se puede tener un valor de resistividad másaproximado al real y con ello un mejor diseño del sistema de puesta a tierra aconstruir.

La medición de la resistividad del suelo es comúnmente distorsionada por laexistencia de corrientes de tierra y sus armónicas. Para corregir esto, muchosequipos tienen un sistema de control de frecuencia que permite seleccionar la

frecuencia de medición con la menor cantidad de ruido y así obtener unamedición clara.

Existen otros métodos y fórmulas más elaboradas para terrenos nohomogéneos, pero en este informe sólo se presenta el método Wenner.

4. MÉTODOS TRADICIONALES PARA LA MEDICIÓN DE RESISTENCIA DEUN SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

En este informe se presentan los métodos más comunes en la medición deresistencia de puesta a tierra de sistemas pequeños y medianos principalmente,

donde el valor de la resistencia puede ser hasta de 25 Ohms.4.1. General (voltaje, frecuencia y corriente utilizadas normalmente)

La resistencia de un electrodo de tierra normalmente es determinada concorriente alterna o corriente directa periódicamente alternada para evitar laposible polarización de los electrodos causados por la corriente directa.

En cuanto a la frecuencia utilizada por muchos de los equipos de medición, setiene que está en el rango de 50 a 150 Hz (muchas veces entre 93 y 128 Hz),para sistemas pequeños y medianos. El conocimiento de la frecuencia de

medición permite al equipo descartar o neutralizar las tensiones perturbadorasque se acerquen, con igual frecuencia, con la tensión generada por el propioinstrumento. El uso de estos instrumentos se limita en la práctica a la verificaciónde puestas a tierra pequeños y medianos.

En el caso de sistema eléctricos de gran tamaño en las áreas de distribución ytransmisión el uso de bajas frecuencias (20 a 600 Hz) es el más utilizado ydetermina el valor estático de la puesta a tierra. Sin embargo, la mayoría de los



fenómenos dinámicos que afectan a un sistema de transmisión o distribución deenergía eléctrica, denotan una alta frecuencia. Así tenemos, por ejemplo, que lassobretensiones atmosféricas, las fallas a tierra, las sobretensiones de maniobra,etc. se ven caracterizados por frecuencias que oscilan por el orden de los Mhz.

La componente inductiva en grandes sistemas representa un mayor porcentajede la impedancia total de puesta a tierra ya que el valor de resistencia de lamisma suele ser de un Ohm o menos. De allí la importancia de tomar en cuentaesta componente a la hora de hacer un estudio del sistema de puesta a tierra degrandes sistemas. Por ello, en estos sistemas también se hacen pruebas agrandes frecuencias (p.e. 25Khz) para chequear el comportamiento del mismoante fenómenos dinámicos. La desproporción entre le valor dinámico y estáticode la impedancia de puesta a tierra puede alcanzar hasta un 300% o más [4].

En cuanto a la magnitud de las corrientes utilizadas en la medición de laresistencia de puesta a tierra se tiene que el uso de corrientes que van desde los

pocos miliamperios hasta los cientos de miliamperios para sistemas instaladosen zonas urbanas, a fin de evitar posibles potenciales transferidos que sonpeligrosos para las personas cercanas al área del sistema.

Para grandes subestaciones ubicadas fuera de zonas urbanas, donde existenprobabilidades menores de que potenciales transferidos afecten personas oequipos en áreas vecinas, se pueden inyectar corrientes del orden de decenasde amperes. Esto no implica que no se puedan utilizar corrientes de bajamagnitud en estos sistemas, aunque el uso de corrientes elevadas puedepermitir un estudio más completo.

4.2. Método de los dos Puntos o dos Polos

En este método se mide el total de la resistencia del electrodo en estudio más laresistencia de un electrodo auxiliar. La resistencia del electrodo auxiliar seconsidera muy pequeña comparada con la del electrodo en estudio y por tanto elresultado de la medición es tomado como la resistencia del electrodo en estudio.

Normalmente este método se utiliza para determinar la resistencia de unelectrodo simple en un área residencial donde se tiene además un sistema desuministro de agua que utiliza tuberías metálicas sin conexiones o aislantesplásticos (electrodo auxiliar). La resistencia del sistema de suministro de agua enel área se asume muy pequeña (alrededor de 1 Ohm) en comparación con laresistencia máxima permitida para un electrodo simple (alrededor de 25 Ohm).

Este método tiene algunos inconvenientes, como el hecho de que cada vez máslos sistemas de suministro de agua utilizan tuberías plásticas; con lo que sehace más difícil conseguir una tierra auxiliar. Por otra parte no siempre seconoce el recorrido de las tuberías de agua, por lo que las áreas de resistenciadel electrodo en estudio y las del electrodo auxiliar podrían solaparse; dando



como resultado errores en la lectura. Además, el método de los dos polos puedellevar a grandes errores cuando se intenta medir la resistencia de un electrodosimple de pocos Ohmios; pero al menos puede dar una idea de la resistencia delsistema en estudio.

En la Figura 5 (a) y (b) se ilustra esta técnica. Obsérvese que los terminales C1y P1 y los terminales C2 y P2 son unidos mediante un puente para realizar estamedición. En equipos modernos el puente es realizado internamente por ellos alseleccionar el tipo de medición o método que se desea realizar.

Figura 5 (a)

Figura 5 (b)

Figura 5: (a) Método de los dos Polos [8], (b) Ilustración del método [2]



4.3. Método de los tres Puntos

En la Figura 6 se tiene la ilustración del método de los tres puntos o método detriangulación. En este método se utilizan dos electrodos auxiliares conresistencias Ry y Rz respectivamente. Estos dos electrodos se colocan de tal

forma que conformen un triángulo con el electrodo en estudio. Se miden lasresistencias entre cada electrodo y los otros dos y se determina la resistencia delelectrodo en estudio, Rx, mediante la siguiente fórmula:

Rx = (R1 + R2 - R3) / 2

Donde R1, R2 y R3 quedan determinadas por las fórmulas indicadas en laFigura 6.

En este método se tratan de utilizar electrodos auxiliares que se presuman seande resistencia similar al electrodo en estudio para obtener mejores resultados.

Igualmente, se clavan los electrodos auxiliares de modo tal que queden todoslos electrodos lo suficientemente alejados y no se solapen las áreas deinfluencia de la resistencia de cada uno y evitar resultados absurdos. Serecomienda una distancia entre electrodos de 8 metros o más cuando se estudieun electrodo simple.

En este método existen influencias marcadas por objetos metálicos enterrados yno existe forma de eliminar dicha influencia. Tampoco es muy efectivo a la horade evaluar valores bajos de resistencia o valores de resistividad muy altos delterreno involucrado donde la resistencia de contacto de los electrodos seaapreciable. Otra desventaja es que en este método se considera que el terrenoes completamente homogéneo. Por estas razones este método es pocoutilizado. Sin embargo, puede ser útil cuando existen limitaciones de espacio yno se pueden colocar los electrodos en línea recta para realizar una medicióncon el método de caída de potencial, por ejemplo.



Figura 6: Método de los tres puntos

4.4. Método de caída de Potencial

En la Figura 7 se observa la forma en que se instala el Megger para realizar lasmediciones por este método. Como se ve, los terminales C1 y P1 estánconectados mediante un puente. En esta figura se presenta el método del 62%,explicado m[as adelante.



Figura 7: Método de caída de Potencial [10]

El método consiste en inyectar corriente a través de un electrodo de pruebadenominado de corriente y medir el alza de potencial mediante otro electrodoauxiliar denominado de potencial. Conocido el valor de tensión y el valor decorriente se podrá obtener mediante ley de Ohm el valor de resistencia. Los tres

electrodos se mantienen en una línea recta y se va corriendo el electrodo depotencial hacia el electrodo de corriente para hacer sucesivas mediciones deresistencia.

En la Figura 8 se presenta otro esquema del método. En ella se presentan lospuntos X, Y, Z (también C1, P2, C2 o E, S, H); dependiendo del fabricante delequipo) utilizados más adelante.



Figura 8: Método de Caída de Potencial

4.4.1. Pasos a seguir para la medición de la resistencia de un electrodo

En el proceso de determinar el valor de la resistencia de electrodo de tierra esnecesario realizar algunas consideraciones: el valor de potencial medido varíacon respecto a la separación del electrodo de potencial a la toma de tierra, por loque se recomienda el realizar una gráfica de R en función de la distancia. En elmomento de la medición se deben seguir los siguientes pasos:

1. Desconectar del sistema de puesta a tierra en estudio todos los

componentes que lo estén (esto no será necesario en métodos explicadosmás adelante).2. Conectar el equipo de medición a la barra o electrodo en cuestión3. Colocar el electrodo de corriente a una distancia conocida de la barra o

electrodo bajo prueba4. Realizar varias mediciones de resistencia para diferentes ubicaciones del

electrodo de potencial, sin mover el electrodo de corriente (el electrodobajo estudio y los electrodos de prueba deben estar en línea recta)

5. Graficar la curva obtenida de resistencia en función de la distancia deseparación entre el electrodo bajo estudio y el electrodo de potencial

6. Repetir lo anterior hasta obtener una curva con una porción plana bien

demarcada

Se puede utilizar la siguiente tabla para registrar las mediciones



Tabla 1: Formato para la recopilación de datos resultantes de las mediciones del método de lacaída de potencial

Distancia del electrodo de

corriente al electrodo bajo

estudio (m)

Distancia del electrodo de

Potencial al electrodo bajo

prueba (m)

Resistencia Medida (Ohm)

4.4.2. Puntos a tomar en cuenta cuando se realiza el procedimientoanterior

4.4.2.1. Gradientes de Potencial

La medición de la resistencia de puesta a tierra por este método generagradientes de potencial en el terreno producto de la inyección de corriente portierra a través del electrodo de corriente. Por ello, si el electro de corriente, el depotencial y el de tierra se encuentran muy cercanos entre sí, ocurrirá unsolapamiento de los gradientes generados por cada electrodo; resultando una

curva en la cual el valor de la resistencia medida se incrementará con respecto ala distancia, tal como se muestra en la Figura 9.

Figura 9: Solapamiento de los gradientes de Potencial



Al ubicarse el electrodo de corriente a una distancia lo suficientemente lejos delelectrodo de tierra, la variación de posición del electrodo de potencial, desde elelectrodo de tierra hasta el electrodo de corriente, no producirá un solapamientoentre los gradientes de cada electrodo, originándose entonces una curva comola mostrad en la Figura 10. En esta figura se observa que la curva es asintótica

en el origen (toma de tierra) y asintótica a infinito en el final o electrodo decorriente; debido a la proximidad del electrodo de potencial al de tierra ycorriente respectivamente. Además, existe una porción de la curva quepermanece casi invariable, el cual será más prolongado o corto como laseparación de los electrodos de corriente (Z) y electrodo bajo prueba (X). Elvalor de resistencia asociado a este sector de la gráfica será el correcto valor dela toma del Sistema de Puesta a Tierra. Este punto se conoce como zona deequilibrio.

Figura 10: Curva de resistencia vs. Distancia X-Y; sin solapamiento de los gradientes depotencial

De acuerdo a lo anterior es necesario determinar la distancia a la cual hay queubicar el electrodo de corriente y potencial con respecto al electrodo de tierra,para evitar el solapamiento de los gradientes que genera cada uno de loselectrodos y poder determinar así el valor de la resistencia de puesta a tierra quese desea conocer.

4.4.2.2. Ubicación de los electrodos de prueba

Desgraciadamente no hay un método para determinar con exactitud la distanciarequerida entre el electrodo de tierra y el de corriente. Esto se debe a que lascondiciones del suelo son muy variables. En suelos muy conductivos, laresistencia del volumen alrededor del electrodo es comparativamente pequeña yse pueden realizar mediciones aceptables con una separación de tan sólo unos8 metros. A medida de que las condiciones del suelo empeoran, y/o lasespecificaciones del electrodo bajan (valor de resistencia), el área de influenciadel electrodo crece. Entonces, distancias mucho más grandes pueden serrequeridas para salir del área de influencia del electrodo que se está probando.



En general, basado en numerosas pruebas, se utiliza una distancia entre elelectrodo bajo estudio y el electrodo de corriente igual a cuatro o cinco veces lalongitud de la máxima dimensión del electrodo bajo prueba (otros autoresrecomiendan diez veces). Por ejemplo, con un electrodo simple el electrodo decorriente sería ubicado a una distancia igual a cinco veces (o cualquier otro

múltiplo escogido) el largo del electrodo simple; Con un plato o base enterrada,cinco veces la diagonal; con un disco enterrado, cinco veces el diámetro; etc.Estas son distancias aproximadas para realizar un primer intento. De no lograrsemediciones coherentes se debe repetir el proceso, variando la distancia, hastalograrlo.

En el caso de un área pequeña o de un electrodo simple, se puede colocar elelectrodo de corriente a unos 30 metros del electrodo bajo estudio (si el espaciopermite llevar el electrodo de corriente a esa distancia) ya que a esta distanciase presume despreciable la influencia de uno respecto al otro. El electrodo depotencial se coloca a media distancia y se inicia el proceso de medición de

resistencia como se describió anteriormente.En cuanto a la distancia óptima para el electrodo de potencial para hallar elpunto en que se estabiliza la curva de resistencia en función de la distancia delelectrodo de potencial respecto al de tierra, se tiene que generalmente estepunto de equilibrio se encuentra al 62% de la de la distancia entre el electrodode puesta a tierra bajo prueba y el electrodo de corriente; por lo que el métodode caída de potencial también se conoce como método del 62%.

En la Tabla 2 se presentan como ejemplo las distancias aproximadasrecomendadas para ubicar los electrodos de corriente y voltaje cuando se realizala medición de resistencia de un electrodo simple de 2,54 cm. de diámetro [8].

Tabla 2: Método del 62% (Distancia aproximada de los electrodos de prueba)

Distancia aproximada a los electrodos auxiliaresusando el método del 62%

Profundidad del electrodobajo

Prueba (X, C1 o E) (m)

Distancia al electrodoDe potencial (Y, P2 o S)

(m)

Distancia al electrodoDe corriente (Z, C2 o H)

(m)

1,83 13,72 21,95

2,44 15,24 24,38

3,05 16,76 26,82

3,66 18,29 29,26

5,49 21,64 35,05

6,10 22,56 36,58

9,14 26,21 42,67



En la tabla anterior se considera que el suelo es homogéneo y electrodo simpletiene un diámetro de 2,54 cm. Si el diámetro es de 1,27 cm. se debe disminuirlas distancias en un 10%. Si el diámetro es de 5,08 cm. se debe aumentar lasdistancias en 10% [10].

Para comprobar la exactitud de los resultados y asegurar que el electrodo bajoprueba esta fuera del área de influencia del de corriente y viceversa, se cambiade posición el electrodo de potencial (Y, P2 o S) un metro o más hacia elelectrodo de corriente y se toma una segunda medida. Luego se corre elelectrodo de potencial un metro o más (respecto al punto inicial) hacia elelectrodo bajo prueba y se toma una tercera medida (ver Figura 7). Si el valormedido se mantiene constante, las distancias entre los electrodos están bien. Sihay un cambio significativo en el valor de resistencia (30%), se debe incrementarla distancia entre el electrodo bajo prueba y los electrodos de potencial ycorriente hasta que el valor de resistencia medido se mantenga casi invariable elmover el electrodo de potencial hacia un lado u otro una distancia de uno o dos

metros y realizar una nueva medida.La profundidad a la cual se entierran los electrodos de prueba (corriente yvoltaje) no afecta el resultado de la medición. Todo lo que se necesita es quetengan un buen contacto con tierra.

Una limitación del método del 62% es que asume condiciones ideales. Estasincluyen un distanciamiento adecuado entre los electrodos, siempre en línearecta y un suelo homogéneo. El suelo rara vez es completamente homogéneo yen zonas bajo construcción se verá particularmente afectado. Así, el electrodode potencial al 62% de la distancia total podría quedar en una pequeña zona queno represente al área en general. Esto podría provocar que la lectura fuese muyalta y por tanto se realizase un mejoramiento innecesario del sistema de puestaa tierra. De igual modo podría pasar que la lectura fuese muy baja y se dejase elsistema sin modificación, cuando tal vez requeriría algún ajuste. Además, podríapasar que los electrodos no estuviesen lo suficientemente separados al 62% yse tomase una lectura en la gráfica Resistencia en función de la distancia en elmomento en que la resistencia está apenas aumentando (y no cuando la curvaya se ha estabilizado como se indicó anteriormente) y pensar, erróneamente,que se ha cumplido con los requerimientos.

La ventaja del método del 62% sin embargo, está en que una vez que se hanverificado las distancias adecuadas para la medición de resistencia es sencillo yrápido realizar nuevas mediciones en sitio con fines de mantenimiento.

4.5. Método de la pendiente [9]

Este método es más utilizado para sistemas de puesta a tierra grandes o cuandola posición del centro de la puesta a tierra no es conocido y es inaccesible (porejemplo; el sistema esta por debajo del suelo de un edificio). También puede ser



utilizado cuando el área para colocar los electrodos de prueba está restringida oes inaccesible. También se utiliza cuando otros métodos dan resultados pocorazonables y es, en general, más preciso.

La forma de conexión del equipo de medición es como en el método de caída de

potencial, con la diferencia de que se hace un barrido más completo con elelectrodo de potencial, entre el electrodo de puesta a tierra bajo estudio y elelectrodo de corriente.

Se realiza una medición de resistencia en cada posición del electrodo depotencial y los resultados se grafican (resistencia en función de la distancia delelectrodo de potencial). En la Grafica 1 se ilustra un ejemplo a manera deilustración.

Resistencia en función de la distancia del

Electrodo de Potencial medida desde E

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Posición del Elctrodo de Potencial en función de EC

R e s i s t e n c i a ( o h m )

Gráfica 1: Resistencia en función de la distancia del electrodo de potencial medida desde E

En la Gráfica 1 EC es la distancia total, en línea recta, entre el electrodo depuesta a tierra bajo estudio y el electrodo de corriente. Se realizan al menosunas seis medidas. Al observar la gráfica resultante se puede descartar o ignorarcualquier punto considerado absurdo. De la gráfica se puede tomar el valor deresistencia para 0,2EC; 0,4EC y 0,6EC por ejemplo. Estos valores se llamaran

R1, R2 y R3 respectivamente y con ello se calcula el coeficiente de la pendiente,µ, como sigue:

µ = (R3-R2) / (R2-R1)

Que es una medida del cambio de la pendiente de la curva de resistencia delelectrodo de puesta a tierra bajo estudio.



En el Anexo 3 se tienen las tablas de para obtener el valor de Pt / EC para elvalor de µ obtenido. Pt es la distancia al electrodo de potencial en la cual laresistencia real sería medida. Simplemente se multiplica el valor Pt / EC de latabla por la distancia EC para obtener Pt.

De la curva realizada anteriormente se obtiene el valor de resistencia para ladistancia Pt obtenida de la tabla del Anexo 3 y ésta será el valor de resistenciadel electrodo de puesta a tierra del sistema bajo estudio.

Si el valor de µ obtenido no está en la tabla del Anexo 3, el electrodo decorriente se debe colocar más lejos del electrodo de puesta a tierra.

Si es necesario, posteriores mediciones se pueden obtener variando la distanciaEC o variando la dirección de la línea recta en la que se colocan los electrodosde prueba. De los resultados obtenidos de resistencia para varios valores de ECse puede realizar una gráfica como la Gráfica 2 mostrada a continuación:

Resistencia Obtenida de cada Prueba en funciónde la distancia EC

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 10 20 30 40 50 60 70

Distancia EC de cada prueba (metros)

R e s i s t

e n c i a o b t e n i d a d e

c a d

a p r u e b a ( o h m )

Gráfica 2:Resistencia obtenida de cada prueba en función de la distancia EC

En la Gráfica 2 se observa como la resistencia del electrodo bajo pruebadecrece a medida que la distancia EC es aumentada. Las distancias de ECescogidas en las pruebas 1 y 2 no fueron lo suficientemente grandes y las

escogidas en las pruebas 5 y 6 son preferibles ya que los valores de resistenciaobtenidos en ellas varían poco.

Prueba 1

Prueba 2

Prueba 5Prueba 6



4.6. Recomendaciones adicionales

• En caso de realizar mediciones en áreas donde se encuentren objetosmetálicos enterrados (cabillas, tuberías, etc) se requiere realizarmediciones ortogonales y la interpretación de las gráficas resultantes,

para poder eliminar así de la medición la influencia de estos objetosmetálicos.• La presencia de líneas energizadas de alta tensión en las cercanías del

área donde se está llevando a cabo la medición, afecta la calidad de lamisma. Para evitar esta interferencia se debe realizar la medición en unadirección perpendicular a la línea de transmisión. Incluso, se puedenlograr resultados satisfactorios abriendo los electrodos de potencial ycorriente unos 90° como se muestra en la Figura 11:

Figura 11: Electrodos de corriente y Potencial a 90° [3]

• En caso de que el terreno este muy seco, es recomendable humedecerlos electrodos de los extremos especialmente (los de corriente), paradisminuir la resistencia del electrodo de tierra.

4.6.1. Ruido excesivo [10]

Durante la ejecución del método de la caída de potencial el ruido excesivo puedeinterferir con la medición debido a la gran longitud de los cables de los

electrodos de prueba. Para medir el ruido se puede conectar un voltímetro entrelas terminales X y Z (P1 y C2 en otros equipos) como se observa en la Figura12.



Figura 12: Método de Caída de Potencial. Medición de Ruido

El voltaje leído en el voltímetro debe estar dentro de la tolerancia del equipo de medición depuesta a tierra utilizado. De no ser así, se puede utilizar una de las siguientes técnicas:

• Trenzar los cables que van hasta los electrodos de prueba. Esto puedecancelar los voltajes de modo común entre los dos conductores. En laFigura 13 se ilustra cómo.

Figura 13: Método de Caída de Potencial. Trenzado de cables de los electrodos de prueba



• Si no funciona lo anterior se debe revisar también si los cables estánparalelos o no a una línea eléctrica. De estarlo, se debe buscar la formade colocarlos en forma perpendicular.

• Si el valor de voltaje deseado no es obtenido, el uso de cables con

pantalla puede ser requerido. La pantalla o escudo puede proteger elcable interior al tomar los voltajes no deseados y drenándolos a tierra. Laforma de conexión se muestra en la Figura 14.

Figura 14: Método de Caída de Potencial. Uso de cable con pantalla para los cables de medición

Como se observa, la pantalla de los cables que van a los electrodos de prueba yde puesta a tierra no se conectan a los mismos. Estas pantallas se conectanentre sí en el lado del equipo. Por último, la pantalla del electrodo bajo estudiose conecta a dicho electrodo.

4.6.2. Excesiva resistencia de los electrodos auxiliares [10]

Una excesiva resistencia de los electrodos de prueba puede impedir que lacorriente que debe pasar por el electrodo de corriente pase por el mismo o queno se pueda medir el potencial a través del electrodo de potencial. Esto puededeberse a un mal contacto con el suelo o por elevada resistividad del mismo. En

estos casos, se recomienda compactar la tierra que rodea a los electrodos demodo que se eliminen capas de aire entre los mismos y la tierra. Si el problemaes la resistividad, se puede mojar el área alrededor del electrodo, con lo queésta disminuirá. Incluso se podrían utilizar varios electrodos de potencial ycorriente para disminuir la resistencia de contacto con el suelo.



4.6.3. Suelos de concreto o material en el cual no se pueden insertar loselectrodos [10]

Algunas veces el electrodo bajo prueba está instalado en cemento, concreto ocualquier superficie en la que no es fácil la colocación de los electrodos de

prueba. En estos casos, dependiendo de la sensibilidad del equipo, puedebastar colocar los electrodos sobre la superficie y mojar dicha área, si el equipotiene una gran tolerancia a grandes resistencias de contacto. Sin embargo, siesto no es suficiente y el equipo de medición presenta alarmas de altaresistencia, se pueden utilizar mallas o pantallas metálicas y agua como semuestra en la Figura 15, para disminuir la resistencia de contacto de loselectrodos con el suelo. La distancia a la cual se colocan estas pantallas escalculada de igual forma que con los electrodos.

Figura 15: Método de Caída de potencial. Uso de mallas metálicas como electrodos de prueba

5. VARIANTES DEL MÉTODO DE CAÍDA DE POTENCIAL Y MÉTODOSADICIONALES PROPUESTOS POR ALGUNOS FABRICANTES PARA LAMEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA

En esta sección del informe se pretende presentar las técnicas modernas o no

tradicionales para la realización de la medición e puesta a tierra. La mayoría delos fabricantes utilizan variantes del método de caída de potencial para lograr talpropósito. Se hace referencia a métodos utilizados por algunos fabricantes, quehan sido revisados en los manuales o publicaciones técnicas de los mismos. Elque se haga referencia a un fabricante en particular no quiere decir que otros noutilicen los mismos métodos con sus propios equipos.



5.1. Método Selectivo con uso de pinza

Algunos fabricantes [8] proponen la utilización de transformadores de corrienteen forma de pinzas para realizar mediciones de resistencia mediante métodosparecidos al de caída de potencial.

Este método permite medir electrodos individuales en todos los tipos desistemas de puesta a tierra incluyendo mallas que son comunes ensubestaciones, torres de alto voltaje con cableado a tierra e instalacionescomerciales con tierras múltiples.

Al medir el flujo de corriente a través de un electrodo usando un transformadorde corriente en forma de pinza, los efectos de resistencias paralelas soneliminados del proceso de medición y por tanto no afectan los resultados de lamedición. Las reglas para la colocación de los electrodos de prueba son lasmismas que las utilizadas en el método de caída de potencial. En la Figura 16 se

muestra un dibujo del montaje requerido para aplicar este método.

Figura 16: Método Selectivo [8]

Como se observa, el electrodo bajo prueba no tiene que desconectarse pararealizar la medición. El terminal X, C1 o E (dependiendo del fabricante) delequipo se conecta aguas arriba de la pinza, pero aguas abajo de cualquierconexión en paralelo de otro electrodo de puesta a tierra (interconexión de tierrao metal del edificio o estructura). La pinza debe estar sobre el suelo, sin ninguna

interconexión aguas abajo de la misma. Al iniciar la medición se obtendrá lamedida de resistencia de ese camino individual a tierra. Este es el valor deresistencia del electrodo en estudio en un sistema múltiple de puesta a tierra. Deesta forma se puede medir cada electrodo de puesta a tierra sin necesidad dedesconectar cada uno de ellos para realizar la medición.

Para verificar los resultados y asegurarse de que los electrodos de prueba estánfuera de las “esferas de influencia” de los demás electrodos se realiza una nueva



medición colocando el electrodo de voltaje, Y, P2 o S (dependiendo delfabricante), un metro hacia el electrodo bajo prueba o el electrodo de corriente.Si el valor de la resistencia permanece constante, las distancias entre loselectrodos es suficiente. Si el valor de la resistencia varía considerablemente(30%), la distancia entre los electrodos debe ser aumentada y se repite el

proceso hasta que el valor de la resistencia permanece constante al reubicar elelectrodo de potencial y repetir la medición.

Algunos equipos disponen de un sistema de control automático de frecuenciaque selecciona la frecuencia de prueba con la menor cantidad de ruido y evitaque las corrientes de tierra y sus armónicos afecten la medición.

5.2. Variante del método selectivo con el uso de pinza [9]

Una variante del método selectivo con el uso de pinza amperimétrica. Para elloutiliza el método de la caída de potencial y un equipo de medición de puesta a

tierra que disponga de pinza capaz de medir en el rango de los microamperios.Este procedimiento, como se ha mencionado antes, se utilizará cuando la tierraen estudio está en paralelo con otro sistema de puesta a tierra. De estar aisladala puesta a tierra bajo estudio no hace falta utilizar este método; bastaría elmétodo e caída de potencial.

En este método se instala el equipo para realizar una medición bajo el métodode caída de potencial y se obtiene una primera medición. Después se coloca elamperímetro en dos lugares: 1) Alrededor del cable del circuito de corriente delequipo de medición que va hasta el electrodo bajo estudio y 2) en algún lugarpor encima de la tierra bajo estudio y en el cableado que va hacia la fuente (elconductor que viene de la entrada). Este esquema se muestra en la Figura 18.Así se conoce la corriente total que entra a todo el sistema de puesta a tierra y laporción que pasa por la tierra de la entrada o suministro eléctrico.Posteriormente se toma la lectura de resistencia del equipo. Por ley de ohm secalcula la caída de potencial debido al suelo. La diferencia entre las dosmediciones de corriente representa la corriente que pasa por la puesta a tierrabajo estudio. Con esta corriente y el voltaje calculado se obtiene la resistenciade la puesta a tierra bajo estudio.



Figura 17: Variante del Método Selectivo con el Uso de Pinza [9]

Ejemplo de cálculo de resistencia para un electrodo de tierra sin tener quedesconectarlo:

Si:

La lectura de equipo bajo método de caída de potencial: 1,9 OHM (RT:Resistencia Total),

Lectura de la pinza colocada alrededor del circuito de corriente que sale de C1:9,00 mA (IT: Corriente Total)

Se repite el procedimiento pero con la pinza alrededor del conductor de tierraque va a la entrada: 5mA (IE: Corriente de la entrada)

Entonces,

La caída de voltaje es: V = IT x RT = 0,009 x 1,9 = 0,017 V

La corriente a través de la tierra bajo estudio es: IL = IT – IE = 9,00 – 5,00 = 4,00mA

Y la resistencia de la puesta a tierra bajo estudio: RL = V / IL = 0,017 / 0,004 =4,25 OHM

Este método es un poco más elaborado que el propuesto anteriormente, peronos da igualmente el resultado buscado, así como una alternativa en caso deque no sea posible colocar el amperímetro o pinza por debajo de la conexión delos dos sistemas de puesta a tierra como lo exige el método previo.



5.3. Medición de Resistencias de puesta a tierra sin el uso de electrodosde potencial y corriente. Uso de dos pinzas [8]

Figura 18: Método de medición de resistencia de puesta a tierra sin el uso de electrodos deprueba. (a) Circuito equivalente; (b) Pinzas de voltaje y corriente

Con este método se puede medir puestas a tierra individuales en sistemas depuesta a tierra múltiple mediante el uso de dos pinzas (transformadores decorriente), eliminando la peligrosa y larga tarea de desconexión puestas a tierraparalelas así como la tarea de buscar sitios ideales u aptos para la colocación delos electrodos de prueba (potencial y corriente). Este método trabaja bajo elprincipio de que en un sistema de puesta a tierra paralelo múltiple la resistenciatotal del mismo es muy pequeña respecto a la de uno e los electrodos cualquieraque lo conforman (el electrodo bajo prueba). Al ser la resistencia total delparalelo (R1...Rn) muy pequeña, cualquier resistencia medida por el equipo seasume asociada con el camino o electrodo a tierra en el cual la pinza estácolocada (Rx) (Ver figura 17(a) y (b)).

En este método, la primera pinza induce un voltaje en el circuito mientras lasegunda pinza mide la corriente que circula, permitiendo al equipo de medicióncalcular la resistencia de ese camino a tierra. Este método del uso de la pinzasólo mide la resistencia de un electrodo simple en paralelo con un sistema depuesta a tierra. Si el sistema de puesta a tierra no está en paralelo a tierra,entonces se puede tener un circuito abierto o estar midiendo un lazo.

También existen pinzas que pueden realizar todo el trabajo, es decir, con unasola pinza se pede lograr la generación del voltaje que induce una corriente yésta es leída por la misma pinza. El valor de la resistencia se obtiene siguiendo

el mismo principio anterior [10] y [11].



6. ALGUNOS EJEMPLOS DE APLICACIÓN DE LOS MÉTODOS DESCRITOSANTERIORMENTE

6.1. Métodos: Sin electrodos (Uso de dos Pinzas), Selectivo y Caída dePotencial [8]

6.1.1. Aplicación de los métodos en Oficinas Centrales deTelecomunicaciones

En primer lugar se localiza la Barra Maestra de Tierra o BMT (“Master GroundBar” o MGB) para determinar qué tipo de sistema de puesta a tierra se tiene ensitio. Normalmente, la BMT tendrá un cable a tierra para los Neutros Puestos aTierra o NPT (“Multigrounded Neutral” o MGN) o servicio de entada, un cablepara el anillo de tierra de la Central, otro desde la BMT al sistema de servicio deagua y otro conectado a las partes metálicas del edificio o estructura de laCentral. En la Figura 19 se muestra un dibujo de lo mencionado.

Figura 19: Oficina Central. (1) Barra Maestra de Tierra; (2) Anillo de Tierra de la Central; (3)Tubería de Agua; (4) Estructura metálica del Edificio; (5) Neutros Puestos a Tierra

Una primera medida a realizar es sin electrodos, descrita anteriormente. Se

realiza para todas las tierras salientes de la BMT. El propósito es asegurar quetodas las tierras están conectadas, especialmente la BMT. Es este caso no seestá midiendo la resistencia de cada tierra en particular sino la resistencia dellazo al cual se está conectado con la pinza. En la Figura 20 se tiene el esquemade conexión de este método. Se debe hacer la conexión para medir laresistencia del lazo de la NPT, el anillo de tierra, el sistema de aguas y lasestructuras metálicas.



Figura 20: Medición de resistencia en Oficina Central. Sin electrodos de prueba. (1) BarraMaestra de Tierra; (2) Anillo de Tierra de la Central; (3) Tubería de Agua; (4) Estructura metálica

del Edificio; (5) Neutros Puestos a Tierra

La segunda medición a tomar en una auditoria en la Central es la de la caída depotencial de todo el sistema de puesta a tierra. Para ello se conecta el equipocomo se indica en la Figura 21, manteniendo en mente los requerimientos parala ubicación de los electrodos de prueba mencionados anteriormente. Paraobtener la conexión en un punto remoto para los electrodos de prueba algunascompañías de teléfonos han utilizado pares telefónicos hasta de 1600 metros.

Figura 21: Medición de resistencia en Oficina Central. Método de Caída de Potencial. (1) BarraMaestra de Tierra; (2) Anillo de Tierra de la Central; (3) Tubería de Agua; (4) Estructura metálica

del Edificio; (5) Neutros Puestos a Tierra



Al finalizar la medición de caída de potencial, se puede medir la resistenciaindividual de cada tierra utilizando el método selectivo de la pinza. Moviendo lapinza por cada rama (la de la barra NPT, la del anillo de tierra, la de las tuberíasdel sistema de agua y la de la estructura metálica del edificio) se obtiene laresistencia de cada una de ellas. Luego con estas resistencias se puede calcular

la total de todo el sistema y compararla con la obtenida previamente por caídade potencial.

Esta es la forma más precisa de medir las resistencias en una Central ya quenos da el valor de cada resistencia y su comportamiento real en el sistema. Si sedesconectasen las diferentes ramas para realizar las mediciones de cada una deellas se obtendría un valor preciso, pero no mostraría cómo el sistema secomporta o reacciona como red, ya que en condiciones normales, al ocurrir unafalla o una descarga atmosférica, todas las ramas están conectadas. Paraprobarlo, se puede medir la resistencia de cada rama desconectada por elmétodo de caída de potencial y anotar cada medida. Usando ley de ohm, estas

mediciones deberían ser iguales a la resistencia del sistema completo. Sinembargo, según algunos fabricantes, al realizar el cálculo se tiene una diferenciade 20 a 30 % respecto al valor total de resistencia del sistema.

Una última forma de realizar la medición de resistencia de cada rama de la BMTes el método Selectivo y sin electrodos de prueba. Este método trabaja bajo elmismo principio que el Método sin electrodos de prueba, pero difiere en que lostransformadores de corriente (pinzas) trabajan separadamente (en ramasdiferentes) como se observa en la Figura 22. La pinza que induce el voltaje secoloca alrededor del cable que va a la BMT y como ésta está conectada alservicio de entrada, que está en paralelo con el sistema de tierra, se puedeaplicar el método.

Figura 22: Medición de resistencia en Oficina Central. (1) Barra Maestra de Tierra; (2) Anillo deTierra de la Central; (3) Tubería de Agua; (4) Estructura metálica del Edificio; (5) Neutros

Puestos a Tierra



La pinza amperimétrica se coloca alrededor del cable que va al anillo de tierra.Al medir la resistencia nos da el valor de resistencia del anillo de tierra más elcamino paralelo de la BMT que, al ser muy pequeño, no debe tener mayor efectosobre la medida. Este proceso puede repetirse para las otras ramas de la BMT(tuberías del sistema de agua y estructura metálica).

Para medir la NPT mediante este método, la pinza que induce el voltaje secoloca alrededor del cable que va a la tubería del sistema de agua y, como laresistencia de esta debe ser muy baja, la lectura será la de la NPT solamente.

6.1.2. Aplicación de los métodos en Instalaciones Celulares y torres deradio y microondas

En la Figura 23 se muestra una instalación celular. En la mayoría de estasinstalaciones hay una torre con cada una de sus patas puestas a tierra. Estastierras son conectadas entre sí con un cable calibre # 2 de cobre desnudo.

Cerca de la torre está el edificio de la instalación con todos los equipos detransmisión, etc. Dentro del edificio existe un anillo de tierra y una barra BMT. Elanillo es conectado a la BMT. El edificio de la instalación es puesto a tierra a lascuatro esquinas y éstas son interconectadas mediante un cable de cobre #2.Este anillo externo es también conectado a la barra BMT. Se realiza también unaconexión entre el anillo externo de tierra del edificio y el anillo de tierra de latorre.

Figura 23: Instalación Celular. (1) Barra Maestra de Tierra; (2) Anillo de Tierra de la Central; (3)Tubería de Agua; (4) Estructura metálica del Edificio; (5) Neutros Puestos a Tierra



La primera medición a realizar es sin electrodos para cada una de las patas dela torre y las cuatro esquinas del edificio. Esta no es una medición real deresistencia de puesta a tierra debido a la conexión de la red. Es una prueba decontinuidad para verificar que existe la puesta tierra, se tiene una conexióneléctrica y puede pasar corriente. En la Figura 24 (a) y (b) se tiene un esquema

para la realización de esta medición.

Figura 24: Medición en Instalación Celular con el uso de pinzas. (a) En la torre de transmisión;(b) dentro de las instalaciones. (1) Barra Maestra de Tierra; (2) Anillo de Tierra de la Central; (3)

Tubería de Agua; (4) Estructura metálica del Edificio; (5) Neutros Puestos a Tierra

Una vez completada la prueba anterior, se mide la resistencia del sistemacompleto por el método de caída de potencial. Se debe tener en mente lasreglas para la fijación de los electrodos de prueba.

Posteriormente, se medirán los diferentes caminos a tierra mediante el métodoselectivo con la pinza. Esto verificará la integridad de estas puestas a tierra y susconexiones. Así, se medirá la resistencia de cada pata de la torre y de laspuestas a tierra de las cuatro esquinas del edificio. Si alguna medición presentaun mayor grado de variación que las otras, debe ser investigada. En la Figura 25se muestra un esquema del método selectivo para la medición de resistencia dela puesta a tierra de una de las patas de la torre.



Figura 25: Medición en instalaciones Celulares. Método selectivo

6.1.3. Aplicación de los métodos en Instalaciones Remotas de“Switching”

Estas instalaciones generalmente están puestas a tierra por dos de los lados dela caseta y tienen una serie de electrodos simples alrededor de la mismaconectados por un cable #2 de cobre. En la Figura 26 se ilustra una de estasinstalaciones.

La primera medición a realizar es sin electrodos para cada una de las

conexiones a tierra de la caseta. Esta no es una medición real de resistencia depuesta a tierra debido a la conexión de la red. Es una prueba de continuidadpara verificar que existe la puesta tierra, se tiene una conexión eléctrica y puedepasar corriente. En la Figura 26 se tiene un esquema para la realización de estamedición.



Figura 26: Medición en instalaciones remotas de Switching. Uso de las pinzas

La segunda medida a realizar es la medición de resistencia por el método de lacaída de potencial para todo el sistema de puesta a tierra. En la Figura 27 seilustra la conexión. Se debe tener en mente los requerimientos para lacolocación de los electrodos de prueba para realizar las mediciones.

Figura 27: Medición en Instalaciones Remotas de Switching. Método de Caída de Potencial

Posteriormente se miden las diferentes puestas a tierra mediante el métodoselectivo. Esto verifica la integridad de cada puesta a tierra y su conexión. Serealizará este procedimiento por ambos lados de la caseta. En la Figura 28 semuestra un esquema para realizar la medición.



Figura 28: Medición en Instalaciones Remotas de Switching. Método Selectivo

6.1.4. Aplicación de los métodos para Protección contra descargasatmosféricas (comercial e industrial)

Se realizarán tres mediciones al llevar a cabo una auditoria en un sistema deprotección contra descaras atmosféricas. La mayoría de estos sistemas tienenlas cuatro esquinas del edificio puestas a tierra y éstas a su vez, conectadasentre sí con un cable de cobre. Dependiendo del tamaño del edificio y el valor deresistencia que se trate de obtener, el número de electrodos varía.

La primera medición se realiza mediante el método sin electrodos, mostrado enla Figura 29. Esta no es una medición real de resistencia debido a la puesta atierra de la red. Esta es una prueba de continuidad para verificar que el sistemaestá puesto a tierra, se tiene una conexión eléctrica y ésta puede transmitircorriente.



Figura 29: Medición en Localidades Comerciales e industriales. Método Sin electrodos

Posteriormente se mide la resistencia del sistema de puesta a tierra completopor el método de la caída de potencial como se muestra en la Figura 30.

Figura 30: Medición en Localidades Comerciales e industriales. Método de Caída de Potencial

Finalmente, se miden los diferentes caminos de puesta a tierra por el métodoselectivo como se muestra en la Figura 31. Esto verifica la integridad de losdiferentes caminos de puesta a tierra y sus conexiones. Se miden las

resistencias de cada pata de la torre y las cuatro esquinas del edificio. Si algunade las mediciones presenta un mayor grado de variación que el resto, debe serinvestigado.



Figura 31: Medición en Localidades Comerciales e industriales. Método Selectivo

6.2. Algunas aplicaciones o usos del Método Sin Electrodos (Una solaPinza) [10] y [11]

6.2.1. Transformador montado en poste

La pinza debe estar conectada de tal forma que esté en la trayectoria de lacorriente del neutro del sistema o del cable de tierra hasta el electrodo de tierra,

tal y como sea posible.Se coloca la pinza en el conductor que va a tierra y se mide la corriente. Se debetener cuidado con los rangos de medición de la pinza y no se debe continuar conla medición en el caso de que se exceda la corriente máxima permitida por lamisma.

Después de verificar la corriente, se selecciona el rango de resistencia en OHMy se mide la resistencia directamente. La lectura de la pinza indica la resistenciano sólo del electrodo, sino también de la conexión al neutro del sistema y todaslas conexiones entre el neutro y el electrodo.

En la Figura 32 se tiene un electrodo tipo plato y un electrodo de tierra. En estetipo de circuito, el instrumento debe ser colocado aguas arriba de la conexión, demodo tal que ambas puestas a tierra son incluidas en la medición. Una elevadamedición de resistencia puede deberse a:

• Un mal electrodo de puesta a tierra o falta de colocación de alguno másen paralelo



• El cable de conexión con el electrodo de tierra está abierto• Alta resistencia en las conexiones con el electrodo o el conductor está

roto.

Figura 32: Medición en Poste de Electricidad.

6.2.2. Servicio de entrada o medición

Básicamente, se sigue el mismo procedimiento que en el caso anterior. Se debetomar en cuenta la posibilidad de la existencia de puesta a tierra con múltipleselectrodos (ver Figura 33) o que la puesta a tierra sea a través del sistema deservicio de agua (ver Figura 34). Se puede tener incluso ambos tipos comosistema de puesta a tierra. En estos casos es necesario hacer la medición de laresistencia entre el neutro del sistema y los dos puntos de conexión de laspuestas a tierra.



Figura 33: Medición en Servicio de Entrada (electrodos).

Figura 34: Medición en Servicio de Entrada (Sistema de Tuberías).



6.2.3. Transformador montado sobre superficie plana

Se deben localizar y contar todos los electrodos de puesta a tierra (normalmentese tiene un solo electrodo simple). Si el electrodo está dentro del gabinete sesigue el montaje de la Figura 35. Si está fuera del gabinete, se sigue el montaje

de la Figura 36 para realizar la medición de resistencia del mismo.Si un electrodo simple se encuentra dentro del gabinete, la medida debe sertomada en el conductor justo aguas arriba de la conexión con el electrodo. Amenudo puede encontrarse más de un conductor de conexión con el electrodo,haciendo un lazo con el gabinete o el neutro. Se debe encontrar un conductorque tenga un solo retorno con el neutro.

En muchos casos, la mejor medición se logra colocando la pinza en el propioelectrodo de puesta a tierra, aguas debajo de la conexión de todos los cablesque se conectan al mismo; de modo tal que sólo se mida la resistencia del

mismo.

Figura 35: Medición dentro de un Tablero.



Figura 36: Medición por parte exterior de un Tablero.

6.2.4. Torres de transmisión

Se localiza el conductor de tierra en la base de la torre. En la figura 37 semuestra una torre de una sola pata montada sobre una base de concreto y unconductor externo de tierra. El punto en el que se coloca la pinza debe ser aguasarriba de todas las conexiones de los electrodos del tipo que sea (en caso deque existan varios electrodos o puestas a tierra).

Figura 37: Medición en Torre de Transmisión



Si se trabaja en estructuras de madera o metálicas que tienen el cable de tierraconectado muy cercano a la estructura y no hay espacio para colocar la pinzaanterior, se puede usar el TC de gran tamaño disponible por algunos fabricantes[12], que permite aplicar el método selectivo en postes o torres.

Figura 38: Transformador de Corriente de Gran Tamaño [12]

7. TABLA COMPARATIVA DE LOS DIFERENTES MÉTODOSPRESENTADOS

Tabla 3: Comparación de los Métodos de Medición de Puesta a Tierra

Esta Tabla se presenta en la siguiente página



8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Tanto por razones de seguridad del personal como del buen desempeño delsistema eléctrico, el diseño, correcta instalación y mantenimiento y monitoreo delsistema de puesta a tierra de una instalación eléctrica es vital para cumplir con

dichas razones.Las condiciones ambientales pueden deteriorar el sistema de puesta a tierra conel tiempo, por lo que se recomienda su monitoreo de vez en cuando paraverificar su estado y cerciorarse de que se tiene el valor de resistencia de puestaa tierra deseado. Asimismo, las condiciones ambientales modifican el valor deresistencia de puesta a tierra dependiendo de la estación en que ésta se mida.Por ello, se recomienda que las mediciones regulares realizadas coincidan condiferentes estaciones del año y así asegurarse que se toman medidas en lascondiciones más desfavorables.

Al momento de realizar la medición se debe prestar atención, entre otras cosas,a la colocación de los electrodos de prueba de modo que no se solapen lasáreas de influencia de los mismos. De producirse un solapamiento de dichasáreas la lectura de resistencia dada por el equipo de medición no será lacorrecta, por lo que se debe seguir la recomendación del fabricante y losmétodos estándares para la coacción de los electrodos.

La profundidad a la que se entierren los electrodos de prueba no afecta elresultado de la medición. De lo que hay que cerciorarse es de que dichoselectrodos hagan buen contacto con tierra, ya sea compactando la tierraalrededor de los mismos o incluso humedeciendo la zona.

La presencia de objetos metálicos enterrados así como la de tendidos eléctricos,según sea el caso, afecta la medición. Por ello, se recomienda realizar variasmediciones en diferentes direcciones para el primer caso y una nueva mediciónen dirección perpendicular al tendido eléctrico. Así se obtendrá una mejormedición.

Los métodos modernos de medición descritos en este informe son en sumayoría variantes de métodos tradicionales. Sin embargo, la introducción deluso de la pinza amperimétrica en conjunto con el método de caída de potencial ola pinza inductora de voltaje en combinación con la amperimétrica, trae unaimportante ventaja (se deberá prestar atención al punto donde se conectandichas pinzas, para tener la seguridad de que se está midiendo el electrododeseado). Al utilizar uno de estos métodos no es necesario realizar ladesconexión del electrodo bajo estudio de la barra de principal de tierra delsistema con lo que se ahorra tiempo, se disminuyen los riesgos (una descargaatmosférica podría ocurrir en ese preciso momento y afectar al personal) y seobtiene un valor de resistencia de puesta a tierra del electrodo más real, ya queen condiciones normales éste está conectado al sistema y no aislado.



9. BIBLIOGRAFÍA

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[2] “IEEE Recommended Practice for Electric Power Distribution for IndustrialPlants”, ANSI IEEE Std 141-1986”, Chapter 7.

[3] German García y Pedro Maninat M. “Medición de Resistividad de Suelos yResistencia de Tierra en Subestaciones”, III Jornadas de Potencia, MaracaiboMayo1982.

[4] Luis A. Siegert, Domingo Avila P. Y Josu Urquidi L. “Verificación Dinámica deAterramientos”.

[5] “Test Equipment you can´t Do Without”, Electrical Construction and

Maintenance (EC&M) Magazine, July 2001.[6] “IEEE Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercialpower Systems”, IEEE Std. 142-1991.

[7] “IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding ElectronicEquipment”, IEEE Std. 1100-1999.

[8] “LEM Electrical Grounding Techniques”, WWW.leminstruments.com

[9] “Digital Earth Testers, Megger DET5/4R and DET 5/4D, Manual de Usuario”,Avo International, USA (WWW.Avointl.com).

[10] “Understanding Ground Resistance Testing”, AEMC Instruments(www.AEMC.com).

[11] “Clamp-On Ground Resistance Testers, Models 3711 & 3731”, AEMCInstruments (WWW.AEMC.com)

[12 ] “New From Lem” WWW.leminstruments.com

53166360 tecnicas medicion sist de tierra

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