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Caída de potencial para la
medida de resistencia de puesta a tierra

Usando los equipos conocidos como telurómetros, el método de caída de potencial es el “tradicional” para la medida de la resistencia de la toma de tierra. Este artículo describe su aplicación a 3 y a 4 hilos y sus principales alcances.

Para medir la resistencia de la toma de tierra empleando el método de caída de potencial, es necesario desconectar previamente el electrodo de puesta a tierra de la instalación, maniobra que se ejecuta en el borne principal de tierra que, generalmente, está ubicado en el cuarto de contadores de la instalación.


Descripción del método

El telurómetro requiere tres conexiones para realizar la medida de la resistencia de la toma de tierra, si bien los medidores más precisos pueden requerir de una cuarta conexión para eliminar del resultado de la medida la resistencia de los propios cables de prueba.

Las conexiones que se deben realizar se presentan en la figura 1, y son:

E/C1: conexión de la borna C1 del telurómetro al electrodo bajo prueba.

S/P2: conexión de la borna S del telurómetro a la pica P2 (llamada pica auxiliar de referencia de potencial). Esta pica pertenece a la dotación del telurómetro y se deberá clavar en la tierra a cierta distancia del electrodo bajo prueba.

H/C2: conexión de la borna H del telurómetro a la pica C2 auxiliar de inyección de corriente. Esta pica también es un accesorio del telurómetro y se deberá clavar en la tierra a una distancia aún mayor.

Figura 1. Esquema de conexión del telurómetro.

La figura 2 muestra el circuito eléctrico de la medida. El telurómetro inyecta una corriente alterna en la tierra a través de electrodo que se está comprobando (E), y la pica de corriente C2; a continuación, mide la caída de tensión entre las picas P2 y E y, por último, y mediante la Ley de Ohm, calcula la resistencia entre P2 y E. Como se puede ver, la resistencia de conexión a tierra de las picas auxiliares no afecta a la medida.

Para realizar la prueba, la pica C2 se coloca a cierta distancia del electrodo que se desea verificar. Posteriormente, manteniendo la pica C2 fija, se desplaza la pica P2 por la línea entre E y C2 para verificar si hay variación de la impedancia en el trayecto. La parte difícil de esta prueba es determinar el lugar en el que se deben clavar las picas para obtener una lectura correcta de la resistencia de la toma de tierra. ¿En qué punto la tierra que rodea al electrodo deja de contribuir a la resistencia y se convierte en simple suelo, a un potencial de cero voltios?

La corriente que circula entre el electrodo y la pica auxiliar de inyección de corriente provoca una caída de tensión en las proximidades tanto del electrodo como de dicha pica. Para que la medida de la resistencia de la toma de tierra sea fiable, la pica auxiliar de referencia de tensión debe estar fuera de estas dos áreas de influencia.

La curva de la figura 1 muestra la distribución de la medida de impedancia en relación a la posición de la pica auxiliar de referencia de tensión.

Evidentemente, si esta pica está en contacto con el electrodo bajo prueba, la medida resultante será cero, mientras que si el contacto lo hace con la pica de inyección de corriente, la medida corresponderá a la suma de las resistencias del electrodo y de esta última pica. Se aprecia en la gráfica que para un determinado rango de posiciones de la pica de referencia, el valor medido no varía. En todos estos puntos, estamos fuera de las mencionadas zonas de influencia, por lo que estos puntos nos ofrecen la medida correcta de la resistencia del electrodo.

La prueba consiste, entonces, en la realización de varias medidas para establecer una curva similar a la de la figura 1. En la parte más plana de la curva es donde se mide la resistencia de la tierra. En realidad, la curva nunca se aplana por completo, pero dibuja una pendiente muy suave en la que los cambios de resistencia son pequeños.

Figura 2. Circuito eléctrico de la medida.

El margen de influencia del electrodo depende de su profundidad y su área. Los electrodos más profundos requieren un mayor alejamiento de la pica de corriente. En anillos, mallas o series de picas en paralelo, la influencia del electrodo puede extenderse decenas de metros.

Debido a la posibilidad de interacción entre los anillos, mallas o series de picas en paralelo y las picas auxiliares de medida, se deberá seguir estrictamente el gráfico de caída de potencial, sin ignorar ningún paso, para garantizar que los resultados obtenidos sean precisos.

Al comprobar una serie de electrodos en paralelo, la resistencia combinada será inferior a la menor de las lecturas obtenidas de cualquiera de los electrodos individuales. Si, por ejemplo, se trata de dos picas de 2,5 m con una separación entre sí superior a los 5 m, se puede asegurar que la resistencia combinada será sustancialmente inferior a la resistencia de cada pica por separado.

La medida a tres hilos proporciona buenos resultados si se utiliza un cable C1 corto o si se asume que en la lectura habrá una imprecisión adicional de una fracción de ohmio por la resistencia del propio cable. Para medidas de resistencia de tierra superiores a los 10 ohmios, el efecto de la resistencia del cable C1 resulta inapreciable. Pero en situaciones en las que las medidas deben ser muy precisas, es decir, donde se esperan valores de resistencia de tierra bajos, el método a cuatro hilos permite añadir un cuarto cable para eliminar la resistencia debida al cable C1. De esta manera se elimina la caída de tensión en el cable de medida C1, y por tanto su influencia en el resultado de la prueba.


La regla del 62%

Es posible reducir el número de medidas a realizar si:

Figura 3. Posiciones de las picas para la regla del 62%.

Se comprueba un electrodo simple (no una malla ni una placa grande).

Es posible colocar la pica de inyección de corriente a una distancia igual o superior a 30 m desde el electrodo que se está comprobando.

El terreno es uniforme.

En estas condiciones, se puede colocar la pica de inyección de corriente a una distancia igual o superior a 30 m del electrodo que se está comprobando, y la pica de referencia de tensión al 62% de dicha distancia. Se realiza una medida y, a modo de comprobación, se deben realizar dos medidas adicionales: una con la sonda de referencia de tensión 1 m más cerca del electrodo que se está comprobando y otra 1 m más alejada (véase la figura 3). Si realmente se está en la parte plana de la curva, las lecturas deben ser prácticamente iguales y se podrá registrar la primera lectura como valor de la resistencia.


Técnica de la pendiente de Tagg

Los electrodos de gran tamaño o los sistemas de conexión a tierra requieren consideraciones especiales. Si se han realizado lecturas de resistencia en nueve ubicaciones de P2 diferentes y no aparece un aplanamiento claro en el gráfico, puede utilizarse la técnica de la pendiente de Tagg (también denominado método de la pendiente) para establecer la impedancia de la toma de tierra.

Figura 4. La impedancia de la tierra se puede
obtener de la curva mediante la técnica de la
pendiente de Tagg.

La figura 4 muestra un ejemplo de conjunto de datos en el que no existe una clara parte plana. Esta curva es característica de las verificaciones en las que las sondas de inyección de corriente y de referencia de tensión no están fuera de la influencia del electrodo que se está comprobando, lo cual puede suceder por varias causas:

En sistemas de electrodos que cubren áreas amplias, puede resultar complicado colocar las picas suficientemente lejos.

Es posible que no se pueda colocar el cable C1 en el centro del sistema de electrodos.

El área donde se deben colocar las picas es limitada.

Si ya se dispone de lecturas en los puntos del 20%, 40% y 60% entre E y C2, se puede aplicar el siguiente método a los datos existentes.

Primero se calcula el coeficiente µ a partir de las tres medidas de resistencia al 20%, 40% y 60% a través de la siguiente expresión:

A continuación se consulta la tabla del final de esta nota de aplicación para hallar el valor de P2/C2 que corresponde al valor de µ obtenido. Este valor indica el punto del gráfico en el que es fiable determinar la resistencia de la toma de tierra.

Por ejemplo, para los datos de la figura 4:

Según la tabla, para µ = 0,71 el porcentaje de P2/C2 correspondiente es del 59,6%. Esto quiere decir que la resistencia de la tierra aproximada se mide a (59,6% x 100 m), es decir, a 59,6 m. Este valor es muy cercano a 60 m, en el que la lectura era 6,8 ohmios. Podría decirse entonces que la resistencia de la tierra del electrodo que se está comprobando es aproximadamente de 6,8 ohmios.


Artículo gentileza de Intronica. www.intronica.com
Julio 2017
.......
Comentarios acerca de este artículo
Guillermo Jesus Yaranga Control Electrico de Energia EIRL (26/05/2019)
Gracias ,por la información ,bien didáctico. una inquietud : en el método de Tagg cual es la relacion entre la longitud de la diagonal del enmallado del PAT ,con respecto a la longitud de separacion de la pica de corriente del del telurómetro al electrodo de la malla a medir ,(Max. y Min) para que los resultados sean mas precisos.?
Florentino Gálvez Ibarra INNOVATIVE CONCEPTS CHILE S.A. (03/08/2017)
Se agradece la contribución de Intronica a la difusión de este procedimiento de medición y me permito complementarla con las siguientes observaciones:

1. Es importante recalcar que el resultado de este procedimiento, si tiene la cantidad y calidad de datos suficiente, nos permitirá tener un valor de la Resistencia de Puesta a Tierra de la INTERFACE ELECTRICA CON EL SUELO y no del sistema de puesta a tierra (SPT), por cuanto "La Malla" como también se le menciona de manera genérica, es solo uno de los 3 componentes del SPT y que aquella, satisfaga un determinado valor de diseño, no es sinónimo que el SPT cumpla los requisitos. Los otros 2 componentes son el punto de unión equipotencial y la distribución de tierra. Estos componentes actúan como una cadena, es decir la fortaleza del SISTEMA es la del eslabón mas débil. No pocos de los problemas relacionados con el desempeño del SPT, están radicados en la distribución de tierra y no en la Malla.

2. Para ser mas rigurosos, hacemos notar que en la mayoría de los casos, la medición descrita nos dará el valor de la resistencia de puesta a tierra y no su impedancia, ya que ésta última es dependiente de la frecuencia del generador que aplica la energía con la cual se evalúa la Malla y mientras mas alta es la frecuencia por cierto aparecerá más notoriamente la impedancia. Por sobre 1 Khz ya podríamos comenzar a hablar de impedancia y bajo esto de Resistencia. La importancia de este aspecto radica en establecer el desempeño real de la Malla ante la incidencia de fallas y fenómenos de perturbación eléctrica que contienen energía en componentes de frecuencias mucho mayores que la frecuencia de red, como suelen ser las perturbaciones de régimen transitorio e incidencia de rayos, casos reales para los cuales es importante un diseño que nos garantice una respuesta del SPT que garantice el control de potenciales peligrosos y un proceso eficaz de difusión o transferencia de energía al suelo.

3. La razón por la cual es necesaria una separación entre el electrodo C2 (de corriente) y C1 (E) de la malla y de los Electrodos de potencial respecto de los dos anteriores, es debido a lo que llamamos Hemisferio de Interface (HI) es decir aquel volumen de suelo en el que está inmersa la malla o los electrodos y dónde se verifica la mayor parte del proceso de transferencia de cargas por lo tanto donde se verifica influencia sobre otro conductor que pudiera estar allí (se denomina impedancia mutua). Este volumen, en forma y sus dimensiones dependen de las características geométricas de la malla o electrodos y si bien existe consenso que para el caso de un electrodo vertical de longitud L el radio de ese hemisferio es 1,1xL no es tan fácil determinar el limite del HI en el caso de una arreglo de conductores enterrados, como puede ser una malla simple o combinada con electrodos. Suele aceptarse como criterio de espaciamiento para el caso de una malla, que esa distancia sea al menos 5 a 6 veces la diagonal de la malla.

4. Lo anterior nos plantea un problema a resolver en la aplicación del método descrito en el artículo, esto es que naturalmente si estamos conscientes de las distorsiones y errores que podemos cometer al aplicarlo sin la debida separación, nos daremos cuenta que mucha de la instrumentación disponible comercialmente no dispone de la potencia suficiente para lograr lecturas de calidad (a veces ni siquiera lecturas) que nos permitan establecer el valor cuando necesitamos distanciarnos mas de 100m, esto sin considerar el problema practico de la limitación de los conductores. Por cierto este problema será mayor aun si la resistividad de los suelos involucrados es alta.

5. De manera que todos estos aspectos mencionados deben ser tomados en cuenta en la etapa de planificación de la evaluación, para asegurar la eficacia en la ejecución del procedimiento descrito, verificando previamente las condiciones de la aplicación y el terreno, para seleccionar el instrumento adecuado, así como los electrodos y conductores requeridos, de lo contrario asumiremos el riesgo de llegar al sitio a ejecutar el procedimiento y el fracaso de nuestra tarea, con las consecuencias previsibles. Imaginémonos, que la evaluación será aplicada en una instalación minera a 4.000 m de altura geográfica, donde solo ha sido posible llegar en helicóptero. No habrá oportunidad de ir a la oficina a cambiar de instrumento o traer mas cables.

Saludos a la comunidad de profesionales electricistas y electrónicos a los cuales les interesa el tema de mi especialidad.

Ing. Florentino Gálvez Ibarra / Docente UST / Ramo Mallas a Tierra / fgalvez@iconchile.cl






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