Mediciones de Puesta Tierra

Yoan AgrafojoDaniela Colmenarez

• La instalación de un sistema de puesta a tierra permitela protección de las personas y los bienes contra los efectos delas caídas de rayos, descargas estáticas, señales de interferenciaelectromagnética y corrientes de fugas a tierra. Por lo tanto, laejecución correcta de la misma brinda importantes beneficios alevitar pérdidas de vidas, daños materiales e interferencias conotras instalaciones. Las distintas normas de aplicaciónestablecen que deben ponerse a tierra las partes metálicas delos aparatos e instalaciones que no pertenezcan al circuito deservicio, y puedan entrar en contacto con partes sometidas atensión en caso de avería o establecimiento de arcos. Por estemotivo, en los aparatos y en las partes de la instalación hay queprever un cable de puesta a tierra que se conecte directa oindirectamente a la toma de puesta a tierra, constituida porjabalinas y mallas de conductores enterradosconvenientemente.

Para una acción eficaz, resulta primordial que la resistencia de puesta a tierratome un valor tal que no origine tensiones peligrosas al circular la corriente defalla; por lo que su valor está perfectamente acotado por las normas deaplicación para los distintos tipos de instalaciones. Por todo lo anterior,la medición correcta de la resistividad del terreno y de la resistencia de puestaa tierra de una instalación determinada adquiere una importancia relevante.La resistividad del terreno se mide fundamentalmente para encontrar laprofundidad de la roca, así como para encontrar los puntos óptimos paralocalizar la red de tierras de una subestación, planta generadora o transmisoraen radiofrecuencia. Asimismo puede ser empleada para indicar el grado decorrosión de tuberías subterráneas.Las conexiones de puesta a tierra en general poseen impedancia compleja,teniendo componentes inductivas, capacitivas y resistivas, todas las cualesafectan las cualidades de conducción de la corriente.

Dentro de los propósitos principales para los cuales se determinan losvalores de impedancia de puesta a tierra están:

•Determinar la impedancia actual de las conexiones de puesta atierra.•Como control y verificación los cálculos en el diseño de sistemas dedistribución de puesta a tierra.•La adecuación de una puesta a tierra para transmisión deradiofrecuencia.•La adecuación de la puesta a tierra para protección contra descargasatmosféricas.Asegurar, mediante el diseño apropiado de la puesta a tierra, el buenfuncionamiento de los equipos de protección.

Existen diferentes métodos, a continuación los mencionaremos

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• El método de medición con el puente de Nippold requiere elemplazamiento de dos tomas de tierra auxiliares, cuyas resistencias dedispersión a tierra designaremos como R2 y R3, mientras que laresistencia de la toma bajo ensayo se denominará R1.

• En estas condiciones, se miden las resistencias R1-2, R2-3 y R1-3 comprendidas entre cada par de tomas, utilizando preferentementeun puente de corriente alterna. Como R1-2 = R1 + R2, R2-3 = R2 + R3y R1-3 = R1 + R3; resulta:

• R1 = (R1-2 + R1-3 - R2-3) / 2•

• Las resistencias de cada uno de los electrodos auxiliares deben ser delmismo orden que la resistencia que se espera medir.

• Si las dos tomas auxiliares son de mayor resistencia que la toma detierra bajo ensayo, los errores en las mediciones individuales seránsignificativamente magnificados en el resultado final obtenido con laecuación anterior. Para tal caso se recomienda colocar los electrodos auna gran distancia entre sí.

• Para las tomas de tierra de áreas extensas, las que presumiblementetienen bajos valores de resistencia, se recomienda que las distanciasentre electrodos sean del orden de la mayor diagonal del área a medir.

El método consiste en inyectar una corriente de medición "I" que pasa por el terreno através de la toma o dispersor de puesta a tierra a medir y por un electrodo auxiliar decorriente ubicado en un punto suficientemente alejado para ser considerado comointegrante de la masa general del planeta (tierra verdadera). En estas condiciones seinca un segundo electrodo auxiliar de tensión ubicado a mitad de camino entre latoma bajo ensayo y el electrodo auxiliar de corriente, midiéndose la caída de tensión"U" que aparece entre la toma de tierra a medir y el electrodo auxiliar de tensión. Paramedir la tensión se puede utilizar un potenciómetro o un voltímetro de altaimpedancia interna, mientras que para medir la corriente se utiliza un amperímetroconectado directamente o a través de un TI tipo pinza, que facilita el trabajo alcontrolar instalaciones existentes.Por aplicación de la ley de Ohm, la resistencia R1 del dispersor resulta:

R1 = U / IEn una toma de tierra de área extensa, el electrodo de potencial se debe ir alejando dela toma bajo ensayo en forma escalonada, registrando el valor medido en cadaescalón. Al graficar los valores obtenidos en función de la distancia entre la toma y elelectrodo de tensión se obtiene una curva que tiende a nivelarse en un determinadovalor, que representa el valor mas probable de la resistencia (impedancia) de la tomade tierra. En estos casos, también debe prestarse atención a la posibilidad deexistencia de resistencias parásitas de conexión.

Medición por el método de los dos puntos

En este caso, se mide la resistenciatotal de la toma de tierra bajo ensayo yde otra toma auxiliar, cuya resistenciade tierra se presupone despreciablefrente a la primera.

Como es de esperar, el valor deresistencia que se obtiene de estamanera está sujeto a grandes errorescuando se usa para medir resistenciaspequeñas, pero en algunas ocasioneses muy práctico para los ensayos "porsí o por no".

En este método se clavan en el suelo 4 electrodos pequeños (jabalinas)dispuestos en línea recta con la misma distancia "a" entre ellos y a unaprofundidad "b" que no supere 1/10 de "a" (preferentemente 1/20 de "a").Entonces se inyecta una corriente de medición "I" que pasa por el terreno através de los dos electrodos extremos y simultáneamente se mide la caída detensión "U" entre los dos electrodos interiores, utilizando un potenciómetroo un voltímetro de alta impedancia interna.

La teoría indica que la resistividad promedio del suelo "r" auna profundidad igual a la distancia "a" vale aproximadamente:

r = 2 p a U / I

Si se efectúan una serie de mediciones realizadas a diferentes distancias "a"se puede construir un diagrama de resistividades del suelo en función de laprofundidad, que permite detectar la existencia de distintas capas geológicasen el terreno.Cabe acotar que en los emplazamientos donde el terreno presenta diferentesvalores de resistividad en función de la profundidad, la experiencia indicaque el valor mas adecuado para el diseño del dispersor a tierra es el que seobtiene a una profundidad mayor.

MÉTODO DE LA RELACIÓN.

En este método la resistencia a medir, es comparada con una resistencia conocida,comúnmente usando la misma configuración del electrodo como en el método dela caída de potencial. Puesto que este es un método de comparación, lasresistencias son independientes de la magnitud de corriente de prueba. Laresistencia en serie R de la tierra bajo prueba y una punta de prueba, se mide pormedio de un puente el cual opera bajo el principio de balance a cero.

MÉTODO DE LA TIERRA CONOCIDA.Este método consiste en encontrar la resistencia combinada entre el electrodo a probar y unode resistencia despreciable. En este método se hace circular una corriente entre las dos tomasde tierra, esta corriente se distribuye en forma similar a las líneas de fuerza entre polosmagnéticos. El inconveniente de este método es encontrar los electrodos de resistenciaconocida y los de resistencia despreciable.