Medicion resistencia de tierra

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“Medicion de laResistencia de Tierra”

Un Manual practico sobre

PRUEBAS DE RESISTENCIADE TIERRA

Sistemas eléctricos de tierraResistividad de la tierra

© Copyright 2001

AVO INTERNATIONAL

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INTRODUCCION

Nada es tan común o disponible abundantemente en todo el mundo como elsuelo terrestre. Tenemos más aptitud para pensar acerca de la tierra comoalgo que sirve para plantar, o para ser excavada para realizar la cimentaciónde los edificios. Aun así, también tiene una propiedad eléctricaconductividad, (o resistencia baja) que es usada diariamente en plantasindustriales y sistemas eléctricos.

Hablando ampliamente, “La Resistencia de Tierra” es la resistencia del sueloal paso de la corriente eléctrica. Realmente, la tierra es un conductorrelativamente malo en comparación con conductores normales como elalambre de cobre. Pero si el área para un camino de corriente es losuficientemente grande, la resistencia puede ser bastante baja y la tierrapuede convertirse en un buen “conductor”.

La medición de la resistencia de la tierra se hace de dos formas para dosimportantes aplicaciones en campo:

1. Determinar la efectividad de postas a tierra y las conexiones que seemplean en los sistemas eléctricos para proteger al personal y al equipo.

2. Determinar buenas tierra (baja resistencia) u obtener valores deresistencia que pueden dar información específica sobre lo que seencuentra debajo de la superficie de la tierra (como la profundidad a lapresencia de un suelo rocoso.)

No es el propósito de este manual profundizar demasiado en la teoría ymatemáticas del tema. Como se indica en la biographia al final, existenmuchos libros excelentes y artículos que lo cubren. Más bien, lo que aquí seencuentra, es un lenguaje sencillo para que lo pueda entender fácilmente elusuario.

Con años de experiencia en el suministro de instrumentos para las pruebasinvolucradas, AVO International puede proporcionar muchos consejosprácticos para ayudarle a realizar pruebas específicas y estaremos gustososde recibir cualquier llamada, para comentar su problema.

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El probador de tierra digital MEGGER DET5/4R es uninstrumento confiable capaz de medir la resistencia de tierrade sistemas de electrodos simples y complejos.

El probador de tierra MEGGER DET62D de tres terminales esun instrumento económico con autrango duplay digital y 40 Vde tolerancia ruidosa.


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INDICE

Sección Pagina

Introducción ........................................................................................................................2Seguridad ............................................................................................................................6Sección 1 - Medición de resistencia de tierra para sistemas de aterrizaje eléctricos.Tres factores que pueden modificar su resistencia de tierra “mínima”..............................8Algunas definiciones básicas ..............................................................................................8Factores que influyen en los requerimientos para un sistema de aterrizaje bueno ............9Valores máximos del código eléctrico nacional ..............................................................11Naturaleza de un electrodo eléctrico ................................................................................12Resistencia del electrodo ..................................................................................................12Resistencia del contacto a tierra del electrodo ................................................................12Resistencia de la tierra circundante ..................................................................................12Principios involucrados en la prueba de resistencia de tierra ..........................................13Métodos de prueba básicos para resistencia de tierra ......................................................17Método directo..................................................................................................................17Método de caída de potencial ..........................................................................................18Efectos de ubicaciones de prueba de referencia distintos ................................................19Distancia mínima de C ....................................................................................................19Prueba de caída de potencial simplificada ......................................................................21Algunas reglas de pulgar en el espaciamiento de P y C ..................................................21Tabla I - Guía para la ubicación aproximada de las sondas de referencia ......................22Como mejorar la resistencia a tierra ................................................................................24Efecto del tamaño de la varilla ........................................................................................24Uso de varillas múltiples ..................................................................................................26Tratamiento de la tierra ....................................................................................................26Sección II - Resistividad de la tierra ................................................................................29Como se mide la resistividad de la tierra ........................................................................29Ejemplo practico del método de prueba ..........................................................................30El tipo de tierra afecta la resistividad ..............................................................................31Tablas II y III Resistividad de distintas tierras ................................................................31La resistividad disminuye con la humedad y las sales disueltas......................................32Tabla IV - Efecto del contenido de humedad en la resistividad de la tierra ....................33Tabla V - Efecto del contenido de sal en la resistividad de la tierra................................34Tabla VI - Efecto de la temperatura en la resistividad de la tierra ..................................34Variaciones estacionales en la resistividad de la tierra ....................................................34Determinación de una buena ubicación para el electrodo................................................35Método alterno..................................................................................................................36Secion III - Medidas con exactitude de resistencia de tierra para sistemas grandes ......37Pruebas de desafios en sistemas grandes de tierra ..........................................................38Tratamientos de los dasafios de pruebas en sistemas de tierra grandes ..........................38Apéndice 1 - Guía nomografica para obtener resistencia de tierra aceptable..................41Apéndice 2 - Medición de la resistencia de sistemas de electrodo de tierra grandeMétodo de intersección de curva ......................................................................................42Apéndice 3 - Medición de la resistencia de sistemas de electrodo de tierra grandeMétodo de la pendiente ....................................................................................................45Tabla VII - Valores de Pt/c para distintos valores de m ..................................................47Apéndice 4 ........................................................................................................................48Referencias........................................................................................................................50


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LISTA DE ILUSTRACIONES

Sección Pagina

Fig. 1 – Un sistema de aterrizaje simplificado en una Planta Industrial ........................7Fig. 2 – Ejemplo de un circuito eléctrico con una resistencia de tierra muy alta ............9Fig. 3 – Condiciones típicas que deben considerarse en el sistema

de aterrizaje de una planta ................................................................................10Fig. 4 – Componentes de la resistencia de tierra en un electrodo de tierra ..................12Fig. 5 – Principio de una prueba de resistencia de tierra ..............................................16Fig. 6 – Prueba de resistencia a tierra por el “Método Directo”

o el de “Dos Terminales” ..................................................................................17Fig. 7 – Prueba de resistencia a tierra por “Caída de Potencial” o por

“Tres Terminales”..............................................................................................18Fig. 8 – Efecto de la ubicación C en la curva de resistencia a tierra ............................20Fig. 9 – Como afecta la ubicación de C a la curva de resistencia a tierra ....................22Fig. 10 – La resistencia a tierra disminuye con la profundidad del electrodo

en la tierra..........................................................................................................25Fig. 11 – El diámetro de la varilla tiene poco efecto en su resistencia a tierra ..............25Fig. 12 – Resultados promedio obtenidos de electrodos a tierra de varilla múltiple ......26Fig. 13 – Resistencia comparativa de electrodos de tierra de varilla múltiple ................27Fig. 14 – Método de Zanja de tratamiento de tierra ........................................................28Fig. 15 – El Tratamiento químico del suelo disminuye la variación estacional

de la resistencia a tierra del electrodo ..............................................................28Fig. 16 – Método de “Cuatro Terminales” para medición para la resistividad

de la tierra..........................................................................................................30Fig. 17 – La investigación de la resistividad en líneas de tubería muestra donde

es más probable que ocurra la corrosión...........................................................31Fig. 18 – Los electrodos más profundos en la tierra disminuyen la resistencia. ............32Fig. 19 – La variación de la resistencia de tierras debido a cambios

de las estaciones climatológicas con un electrodo de tubo de pulgada en un terreno de roca caliza ................................................................35

Fig. 20 – Prospecto para la mejor ubicación del electrodo de tierra................................36Fig. 21 – Nomograph que relaciona los factores básicos que afectan

la resistencia de la tierra. ..................................................................................40Fig. 22 – Curva de resistencia de tierra aplicable a sistemas de una área grande ..........43Fig. 23 – Curvas de resistencia a tierra para una subestación. ........................................43Fig. 24 – Curvas de intersección para la Figura 23..........................................................44Fig. 25 – Ubicaciones de zondas de potencial para emplear el Método de Pendiente ....45Fig. 26– Métado de empleo para la determinación de tacto y potencial de paso ..........48


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SEGURIDAD

Existe un problema de seguridad inherente en la prueba de resistencia detierra que requiere cuidado y planeación por parte del usuario del equipo deprueba.

Existe la posibilidad que una falla en el sistema de potencia, provo que fluycorriente alta en el sistema tierra mientras se realiza la prueba. Esto puedecausar que aparezcan voltajes altos en los electrados de corriente y voltaje, ytambién en los terminales del equipo de prueba.

Este riesgo debe ser evaluado por la persona responsable de las pruebas,tomando en cuenta la corriente de falla disponible y los potenciales de paso-y-toque esperados. Este tema se cubre completamente en la IEEESTANDARD 80 llamada “Seguridad en el aterrizaje de subestación decorriente alterna.”

Si existe un riesgo importante, recomendamos que el operador lleve puestosguantes protectores de hule (ANSI/ASTDM D120 o igual) mientras manejalas conexiones, y el empleo de materiales de hule (ANSI/ASTM D178 oigual) mientras opera el equipo de prueba.

Midiando la resistencia de tierra a un sistema de tierras en una subestación.


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SECCIÓN IMEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE TIERRA

PARA SISTEMAS ELÉCTRICOS

La simple y algo equivocada idea de una buena “tierra” para un sistemaeléctrico es un electrodo enternado en la tierra, con un cable conductorconectado este al circuito eléctrico (Fig. 1). Esto puede ser o no un caminoadecuado de baja resistencia para la corriente eléctrica para proteger alpersonal y al equipo.

Un electrodo de tierra práctico que proporcione una resistencia tierra nosiempre puede se obtenerse fácilmente. Pero de la experiencia obtenida deotros, se puede aprender como establecer un sistema confiable y comoverificar el valor de la resistencia con una precisión razonable. Como se vera,la resistibidad de la tierra (Parte II) tiene un papel importante en la resistenciadel electrodo, así como la profundidad, tamaño y la forma del electrodo.

Los métodos y principios de la prueba de resistencia a tierra que se cubrenen esta sección se aplican a instalaciones de pararrayos así como a otrossistemas que requieran conexiones a tierra de baja resistencia. Tales pruebasse realizan en Estaciones de Generación de Potencia, Sistemas deDistribución Eléctrica, Plantas Industriales y Sistemas de Telecomunicación.

Fig. 1 Un sistema de tierra simplificado en una Planta Industrial.


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1 Referencia 19

FACTORES QUE PUEDEN MODIFICAR SU “MÍNIMA” RESISTENCIA A TIERRA

Analizaremos posteriormente que valor de resistencia de tierra se consideralo suficientemente bajo. Se vera que no existe una regla general útil en todoslos casos. Primero, sin embargo, consider tres factores que pueden modificarlos requerimientos del electrodo de tierra de un año a otro:

1. Una planta eléctrica u otra instalación eléctrica, pueden aumentar entamaño. También, las plantas nuevas continúan siendo construidas cadavez más grandes. Tales cambios crean necesidades diferentes en elelectrodo de tierra, lo que era una resistencia adecuadamente baja detierra, puede convertirse en un “estándar” obsoleto.

2. A medida que más tubería y ductos no metálicos se instalan bajo tierra,tales instalaciones se vuelven cada vez menos confiables y efectivas conconexiones a tierra de baja resistencia.

3. En muchos lugares, el nivel freático desciende gradualmente.Aproximadamente en un año, los sistemas de electrodos a tierra que eranefectivos, pueden terminar en tierra seca de alta resistencia.

Estos factores enfatizan la importancia de un programa periódico y contínuode prueba de resistencia de tierra. No por lo tanto es suficiente verificar laresistencia de la tierra solo en el momento de la introdución.

ALGUNAS DEFINICIONES BÁSICAS

Primero, definamos nuestros términos. Desde 19181, los términos “tierra”,“tierra permanente”, y “conexiones a tierra” fueron definidos para significar”conexiones eléctricas realizadas intencionalmente entre cuerpos eléctricos(o cuerpos conductores en vecindad estrecha a los circuitos eléctricos) ycuerpos metálicos en la tierra tales como varillas, tubos de agua, placas otubos enterrados”.

El cuerpo metálico en la tierra se refiere comúnmente como un electrodo,aun cuando sea un sistema de tubos de agua, cintas mallado o placas, ocables. Tales combinaciones de cuerpos metálicos se llaman un mallado. Laresistencia a tierra que nos ocupa es la resistencia a la corriente del electrodoal interior de tierra circundante.

Para apreciar porque la resistencia de tierra debe ser baja, solo necesitaemplear la ley de ohm: E=RxI (donde E son volts; R, la resistencia en ohms;e I, la corriente en amperes). Suponga que tiene una fuente de 4000 volts(2300 volts a tierra) con una resistencia de 13 ohms (vea Figura 2) Ahora,suponga que un cable expuesto en este sistema toca el marco de un motor queesta conectado a un sistema de aterrizaje que tiene una resistencia a tierra de10 ohms.


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2 I = E/R = 2,300/10 + 13 = 100 Amperes

Fig. 2 – Ejemplo de un circuito eléctricos con una resistencia a tierra muy alta.

Por la ley de ohm, existirá una corriente de 100 amperes2 a través de la falla(desde el frame del motor a tierra). Si usted llega a tocar el frame del motory está aterriza de sólidamente a tierra (parado en un charco) usted puede estarsujeto a 1000 volts (10 ohms 100 amperes.)

Como puede observar del punto 2, página 10, esto puede ser más quesuficiente para matarlo instantáneamente. Sin embargo, si la resistencia atierra es menor a 1 ohm, el choque que recibirá estará por debajo de 100 volts(1x100) y probablemente vivirá para corregir la falla.

El equipo puede también dañarse de forma parecida por sobrevoltajescausados por sistemas de aterrizaje de alta resistencia.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LOSREQUERIMIENTOS PARA UN BUEN SISTEMA

DE TIERRA

En una Planta Industrial u otra Central Eléctrica que requiera un sistema detierra, deben considerarse cuidadosamente uno o más de los siguientesconceptos (Ver Fig. 3):

1. Limitando a valores definidos el voltaje a tierra de la totalidad delsistema eléctrico. El empleo de un sistema de tierra adecuado puedehacer esto manteniendo algún punto en el circuito al potencial de tierra.Tal sistema de tierra proporciona las siguientes ventajas:


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• Limita el voltaje al cual esta sujeto el sistema–a–tierra, y por lo tantofija más definidamente el rango de aislamiento.

• Limita el voltaje del sistema–a–tierra o sistema–a–voltage del–a–???a valores de seguridad para el personal.

• Proporciona un sistema relativamente estable con un mínimo de sobrevoltajes transitorios.

• Permite aislar rápidamente cualquier falla a tierra del sistema.

2. Aterrizajes apropiados en gabinetes metálicos y en estructuras de soporteque forman parte del sistema eléctrico y que puedan entrar encontactocon el personal. También, deben ser incluídos los equipos portátilesoperados eléctricamente. ¡Considere que tan solo una pequeña cantidadde corriente eléctrica – tan pequeña como 0.1 amperes por un segundo –puede ser fatal! Una cantidad aún más pequeña puede causar a usted laperdida de control muscular. Estas pequeñas corrientes pueden ocurrir ensu cuerpo a voltajes tan bajos como 100 volts, sí su piel se encuentramojada.

3. Protección contra electricidad estática producida por fricción. Presenteslos riesgos están de “shock”, fuego y explosión. Objetos móviles quepueden ser aisladores intrínsecos – tal como papel, textiles,transportadores de banda o bandas potencia y telas del hule – puedendesarrollar sorprendentes cargas altas a menos que sean propiamenteaterrizadas.

4. Protección contra descargas eléctricas directas. Estructuras elevadas,tales como chimeneas, el propio edificio, tanques de agua, etc. – puedenrequerir pararrayos conectados al sistema de tierra.

Fig. 3 Condiciones típicas que deben ser consideradas en el sistema de tierra de una Planta.


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5. Protección contra voltajes inducidos por descargas eléctricas. Esto es unfactor, particularmente si la distribución aérea de potencia y circuitos decomunicación están involucrados. Los pararrayos pueden ser requeridosen localizaciones estratégicas en el interior de la Planta.

6. Proporcionar buenas tierras para circuitos de control eléctricos y decomunicación. Con el uso creciente de instrumentos de control industrial,computadoras, y equipos de comunicación, la necesidad de conexiones atierra de baja resistencia en muchas localizaciones, en oficinas y Areasde Producción – debe de ser considerada.

VALORES MÁXIMOS EN EL CÓDIGO ELÉCTRICO NACIONAL-NEC

El Código Eléctrico Nacional, Sección 250-84 establece que a un soloelectrodo con resistencia a tierra mayor que 25 ohms, debe aumentarse unelectrodo adicional.

“Recomendamos que las tierras con un solo electrodo se prueben cuandose instalen, y en forma periódica posteriormente.”

Las letras anteriores son resaltadas debido a su importancia. La resistencia atierra puede variar con los cambios en el clima y la temperatura. Talescambios pueden ser considerables. Un electrodo de tierra que fue bueno (debaja resistencia) cuando se instaló, puede dejar de serlo; para asegurarse,debe revisarlo periódicamente.

No podemos decirle cual debe sen el valor máximo de resistencia a tierra.Para sistemas específicos, en lugares definidos, las especificaciones seajustan frecuentemente. Algunos requieren 5 ohms como máximo; otros noaceptan mas de 3 ohms. En algunos casos, se requieren resistencias tan bajascomo una fracción de ohm.

Esta fotografíamuestra un probadorde tierra Megger debalance nuloempleado en lacomprobación de unsistema de tierra enuna estación decarga de petróleo.


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NATURALEZA DE UN ELECTRODO A TIERRA

La resistencia a corriente a través de un electrodo de tierra realmente tienetres componentes (Figura 4):

1. Resistencia del electrodo por sí mismo y las conexiones a el.2. Resistencia de contacto entre el electrodo y el suelo adyacente a el.3. Resistencia de la tierra circundante.

Resistencia del electrodo: Varillas, tubos, masas de metal, estructuras yotros dispositivos son empleados comúnmente para conexiones a tierra.Estas normalmente son de tamaño o sección transversal suficiente que suresistencia es una parte despreciable de la resistencia total.

Resistencia de contacto del electrodo a tierra: Es mucho menor de lo quese puede pensar. Si el electrodo esta libre de pintura o grasa, y la tierra estacompacta firmemente, la Oficina de Estándares ha demostrado que laresistencia de contacto es despreciable. La oxidación en un electrodo dehierro tiene poco o ningún efecto; él óxido de hierro esta prontamenteimpregnado con agua y tiene menor resistencia que la mayoría de los suelos.Pero si un tubo de hierro se ha oxidado lo suficiente, la parte debajo de larajadura no es tan efectiva como una parte del electrodo de tierra.

Resistencia de la tierra circundante: Un electrodo hincado en la tierra deresistividad uniforme radia corriente en todas direcciones. Piense en elelectrodo como sí estuviera rodeado por capas de tierra, todas de igualespesor (vea Figura 4.)

Fig. 4 – Componentes de la resistencia de tierra en un electrodo de tierra.


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3 Un ohm – centímetro (abreviado ohm – cm) es definido como la resistencia de un cubo de material (en este caso tierra)

con los lados del cubo estando medidos en centímetros.

La capa de tierra más cercana al electrodo tiene naturalmente el área desuperficie más pequeña y por lo tanto ofrece la mayor resistencia. Lasiguiente capa de tierra es algo más grande en área y ofrece menorresistencia. Y así sucesivamente. Por ultimo, se alcanzara una distancia delelectrodo donde la inclusión de capa de tierra adicionales no aumentensignificativamente a la resistencia de la tierra que rodea el electrodo.

Generalmente la resistencia de la tierra circundante será la más grande de lostres componentes que forman la resistencia de una conexión a tierra. Losdistintos factores que pueden afectar ese valor se analizan en la Sección II enResistividad de tierra. De la sección II, vera que la resistividad de la tierradepende del material del suelo, el contenido de humedad, y la temperatura.Esta lejos de ser constante de un valor predecible – variando generalmentedesde 500 hasta 50,000 ohm-cm.3

METADOS INVOLUCRADOS EN LA PRUEBA DERESISTENCIA DE TIERRA

La resistencia a tierra de cualquier sistema de electrodos teoricamente puedecalcularse de las formulas basadas en la formula general de la resistencia:

R = ρ LA

En donde ρ es la resistividad de la tierra en ohm-cm, L es la longitúd de latrayectoria de conducción, y A es el área transversal. El Profesor H.B.Dwight del Instituto Tecnológico de Massachusetts desarrollo formulascomplejas para él calculo de la resistencia a tierra para cualquier distanciadesde los distintos sistemas de electrodos. (Ref.11). Tales formulas puedensimplificarse un poco basándolas en la suposición que la resistividad de latierra es uniforme a través del volumen entero del suelo bajo consideración.

Ya que las formulas son complicadas, y la resistividad de la tierra no esuniforme ni constante, un método simple y directo de medir la resistencia dela tierra es necesario. Aquí es donde entramos con nuestro probador de tierraMegger – un instrumento portátil autocontenido que es confiable y fácil deusar. – Con él usted puede verificar la resistencia de su electrodo a tierramientras se instala; y, con pruebas periódicas, observar algunos cambios conel tiempo.

Para entender el metodo de prueba a tierra, considere el diagramaesquemático de la figura 5a. Tenga en mente nuestras observaciones previascon referencias al diagrama de capas de tierra Figura 4: con la distancia cadavez mayor desde un electrodo, las capas de tierra son de área de superficiemayor y por lo tanto de menor resistencia. Ahora, suponga que tiene tresvarillas enterradas en la tierra alguna distancia aparte y con un voltajeaplicado, como se muestra en la Figura 5a. La corriente entre las varillas 1 y


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Uso típico de un probador de tierra Megger de balance –nulo con lectura digital de la resistencia de tierra medida.

2 se mide con un amperímetro; la diferencia de potencial (voltaje) entre lasvarillas 1 y 3 se mide con un volímetro.

Si la varilla 3 se ubica en varios puntos entre las varillas 1 y 2,preferiblemente en línea recta,4 puede obtener una serie de lecturas devoltaje. Por la ley de ohm (R=E/I) puede determinar la resistencia de la tierraen cualquier punto medido. Por ejemplo, si el voltaje medido E entre lasvarillas 1 y 3 es 30 volts y la corriente medida I es 2 amperes, la resistenciade la tierra R en ese punto seria 15 ohms.

La serie de valores de resistencia puede graficarse contra distancia paraobtener una curva (Figura 5b). Observe que a medida que la varilla 3 semueve lejos de la varilla 1, los valores de la resistencia se incrementan pero


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4 Actually, current can exist in other paths between the two fixed electrodes, so that rod 3 could be (and might have to be)

located at other than along a straight line.

la cantidad de incremento disminuye cada vez menos hasta que se alcanza elpunto donde el valor de incremento se vuelve tan pequeño que casi puedeconsiderarse constante (20 ohms en la Figura 5b). Las capas de tierra entrelas varillas (1 y 3) tienen un área de superficie tan grande que añaden poco ala resistencia total. Mas allá de este punto, a medida que la varilla 3 se acercaa las celdas de tierra de la varilla 2, la resistencia gradualmente se eleva.Cerca de la varilla 2, los valores suben de manera violenta.

Ahora, digamos que la varilla 1 es nuestro electrodo de tierra bajo prueba. Deuna curva de resistencia tierra típica, como en la Figura 5b, ¿Cual es laresistencia a tierra de esta varilla? Llamamos a la varilla 2 punta C deCorriente de Referencia y la varilla 3, punta P de Referencia de Potencial,(simplemente por conveniencia para identificación). La resistencia correctase obtiene usualmente si P (la varilla 3) se coloca a una distancia del centrodel electrodo a tierra (varilla 1) cerca del 62% de la distancia entre elelectrodo de tierra y C (la varilla 2).

Por ejemplo, en la Figura 5b la Distancia D desde el electrodo de tierra a Ces 100 pies. Tomando el 62% de esta distancia, obtenemos 62 pies. De laFigura 5b, la resistencia para esta distancia es 20 ohms. Esta es la resistenciamedida del electrodo a tierra.

De hecho la corriente puede existir en otras trayectorias entre los doselectrodos fijados, de tal manera que la varilla 3 pueda (y quizá deba) serlocalizada en otro punto fuera de la línea recta.

Esta regla funciona bien para electrodos sencillos, tales como varillasenterradas. También funciona para un pequeño grupo de varillas. Pero sedebe conocer el centro eléctrico verdadero del sistema de electrodos conbastante precisión. También, la precisión de las lecturas es mejor si laresistividad de la tierra entre los tres electrodos es razonablemente constante.Por ultimo, C debe estar lo suficientemente lejos del sistema de electrodos atierra de modo que el 62% de la distancia este fuera de la “Esfera deInfluencia” del electrodo de tierra (Vea el análisis con referencia a las Figuras8 y 9.)

Básicamente, ahora usted ya conoce el método de prueba de resistencia atierra. El resto es refinamiento – en métodos de prueba, el uso de electrodoso sistemas de electrodos, y la información acerca de la resistividad de la


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Fig. 5 – Principio de una prueba de resistencia de tierra


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METODOS DE PRUEBA BASICOS PARARESISTENCIA DE TIERRA

Los instrumentos de Megger para pruebas de resistencia de tierra incluyen:una fuente de voltaje, un ohmetro para medir directamente la resistencia, yinterruptores para cambiar el rango de resistencia del instrumento. Los cablesde extensión conectan las terminales en el instrumento a tierra y electrodosde referencia, como se describirá posteriormente. Un generador de manivelao un oscilados alimentado por baterías proporciona la corriente requerida;usted lee la resistencia en ohms mediante un apuntador en una escala olectura digital desplegada.

Existen dos métodos de prueba básicos, que se muestran esquemáticamenteen las figuras 6 y 7, llamados:1. Método de caída de potencial, o prueba de tres terminales.2. Método directo, o prueba de dos terminales.

Método de caída de potencial: Esta prueba de tres terminales es el métodoque se describe previamente con referencia a la Figura 5. Con un probadorde cuatro terminales, las terminales P

1y C

1en el instrumento son puenteadas

y al electrodo de tierra del electrodo bajo prueba. Con un instrumento de tresterminales, conecte X al electrodo a tierra.

Fig. 6 – Prueba de resistencia de la tierra por el método de “Caída de Potencial”o de “Tres Terminales”

Asi como el uso de cuatro terminales es necesario para realizar lasmediciones de resistividad, el uso de tres o cuatro terminales es indistintopara las pruebas de la resistencia de un electrodo o varilla ya instalada. Eluso de tres terminales es más conveniente debido a que requiere que un soloconductor sea conectado. Su aceptación considera que la resistencia delconductor común está incluída en la medición. Normalmente, este efectopuede ser minimizado si los requerimientos de las pruebas no son mayores,ya que la pequeña resistencia adicional introducida es casi nula. Sinembargo, cuando se realizan pruebas más complejas o se imponganrequerimientos más rígidos, puede ser mas aconsejable utilizar todos loscuatro terminales, conectando el terminal P1 con el electrodo a ser probado(conectarlo en la varilla después de C1). Esta es una verdadera


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Fig. 7 – Prueba de Resistencia de Tierra “Método Directo” o “Dos – Terminales”

configuración de prueba de cuatro-hilos, la cual elimina todas las resistenciasde los cables de conexión desde el equipo.

La precision que se ha aumentado en las mediciones, pueden resultarsignificantes cuando se tienen especificadas resistencias muy bajas o se usanmétodos que requieren de un dígito adicional para cumplir conrequerimientos matemáticos. La decision sin embargo es opcional, y se basaen los objetivos que se persigan al realizar las pruebas y en los métodos quese utilicen. La varilla hincada C de referencia debe colocarse tan lejos delelectrodo a tierra como sea practico; esta distancia puede estar limitada porla longitud de cable de extensión disponible, o la geografía de los alrededores(vea Figura 6.)

La varilla P de referencia de potencial es enterrada en un número de puntosaproximadamente en línea recta entre el electrodo a tierra y C. Las lecturasde resistencia son registradas para cada uno de los puntos. Una curva deresistencia contra distancia, como en la Figura 5b, se dibuja. La resistenciade tierra correcta se lee de la curva para la distancia que es alrededor de 62%de la distancia total del electrodo de la tierra a C. En otras palabras, si ladistancia total es D, la distancia es 0.62D; por ejemplo, si D es 120 pies, elvalor de la distancia para la resistencia de tierra es 0.62x120 ó 74 pies.

Método directo: Cuando se emplea un instrumento de cuatro terminales, lasterminales P

1y C

1se conectan al electrodo a tierra bajo prueba; las terminales

P2

y C2

se conectan a un sistema de tubos de agua completamente metálico.Con un instrumento de tres terminales, conecte X al electrodo a tierra, P y Cal sistema de tubos. (Figura 7). Si el sistema de agua es extenso (que cubreun área grande), su resistencia sola debe ser una fracción de un ohm. Despuéspuede tomar la lectura del instrumento como la resistencia del electrodo bajoprueba.


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El método directo es la forma más simple de hacer una prueba de resistenciaa tierra. Con este método, la resistencia de dos electrodos en serie se mide –la varilla enterrada y el sistema de agua. Pero existen tres limitacionesimportantes:

1. El sistema de tubos de agua debe ser lo suficientemente grande para teneruna resistencia despreciable.

2. El sistema de tubo de agua debe ser metalico en su totalidad, sin ningunosacoplamientos o flanges de aislamiento.

3. El electrodo de tierra bajo prueba debe estar lo suficientemente lejos delsistema de tubo de agua para quedar fuera de su esfera de influencia.

En algunos lugares, su electrodo a tierra puede estar tan cerca del sistema detubos de agua que no se puedan separar a los dos y dar la distancia requeridapara medición por medio del método de dos terminales. Bajo estascircunstancias, si se cumplen las condiciones 1 y 2, se puede conectar alsistema de tubos de agua y obtener un electrodo a tierra adecuado. Sinembargo como precaución contra cualquier posible cambio futuro en laresistencia del sistema de tubos de agua también se debe instalar un electrodode tierra.

EFECTOS DE LAS DISTINTAS UBICACIONES DE LA ZONDA DE REFERENCIA

Ahora bien, puede preguntar: Si la ubicación correcta de la punta P siemprees 62% de la distancia entre el electrodo a tierra y C, ¿porque preocuparsecon todas las pruebas en otras ubicaciones de P? ¿Porque no enterrarsimplemente a P a la distancia del 62% y asumir que la resistencia medidaes la resistencia de tierra correcta? Los siguientes párrafos pueden ayudar aresponder estas preguntas.

Distancia mínima para C: Considere la Figura 8 que muestra las capas detierra alrededor del electrodo a tierra y la punta de referencia C. En la Figura8a, C esta tan cerca del electrodo de tierra, que las capas de tierra se traslapanseriamente. Entonces no se obtiene el nivel debido de la resistencia medidaa medida que P se mueve lejos del electrodo a tierra; las capas de C se añadena las capas del electrodo a tierra, por lo que la resistencia continuaincrementándose.

En la Figura 8b, C se coloca más lejos. Entonces la resistencia medida senivela lo suficiente y a la distancia 62% esta muy cerca de la resistencia detierra real. La razón para tener a C mas lejos es asegurarse que el valor 62%este “en línea” con otros valores de la curva. El valor puede ser incorrectoúnicamente (suponiendo que no existan errores de medición) si lascondiciones del suelo en el punto 62% varían de las condiciones en otrospuntos, causando cambios en la resistividad de la tierra. Usted desea obteneralgún grado de planeación o nivelación de su curva para hacer fácilmentenotable esa variación.


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Midiendo la resistencia de un sistema de tierra en un transformador cimentado enuna Planta manufacturera.

Fig. 8 – Efecto de la localización de C en la curva de resistencia de tierra.


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Como un ejemplo practico de este efecto, considere el caso que se ilustra enla Figura 9. Este muestra dos curvas de resistencia a tierra para ubicacionesde C. La curva A se obtuvo cuando C estaba 100 pies del electrodo a tierra;la curva B cuando C estaba a 700 pies. La curva A muestra que C estaba muycerca del electrodo a tierra. La curva B muestra la tendencia deseada hacia lanivelación de la resistencia medida. El 62% de la distancia, da valores de laresistencia casi iguales en este caso ya que la resistividad a tierra esrazonablemente uniforme.

Prueba de caída de potencial simplificada: El método de prueba preferidoes siempre reunir suficiente información para graficar la curva real deresistencia contra la distancia. En caso de que esto sea imposible, puedeemplearse una prueba simplificada con compromiso en la precisión. Esteprocedimiento es similar al resaltado bajo el método de caída de potencial,pero empieza con P a la mitad del camino entre el electrodo tierra y C.

La lectura con P al 50% de la distancia desde el electrodo a tierra a C se notacomo R1. La punta de referencia P entonces se mueve a una ubicación del40% de la distancia a C. La lectura en este punto se escribe como R

2. Una

tercera lectura, R3, se hace entre P al 60% de la distancia. El promedio de R

1,

R2

y R3

se calcula como RA. R este R

Ade R

3y exprese el resultado como un

porcentaje de RA. Se debe determinar la desviación máxima del por medio

que es la gran diferencia entre la lectura individual y la lectura del por medio.Si este porcentaje es menor 1.2 veces a su precisión de prueba deseada, R

A

puede emplearse como el resultado de prueba. Como un ejemplo de estatécnica, emplee los datos de la curva B en la Figura 9 como sigue:

R1

= 55Ω R2 = 58Ω R3 = 59ΩR

A= 55 + 58 + 59 = 57.3Ω

3R

3– R

A= 59- 57.3 = 2.9%

RA

57.3

2.9% X 1.2 = 3.5 %

Si su precisión deseada fue 5%, 57Ω (RA) puede empleare como el resultado.

Si el resultado no se encuentra dentro de la precisión deseada, la punta Ctiene que colocarse más lejos y repetirse la prueba. Este método puede darsuficiente precisión pero siempre dará valores del lado bajo (Vea el análisisque sigue con referencia a la Tabla I.)

Algunas reglas de “Pulgada” en el espaciamiento de P y C: Para probarun solo electrodo a tierra, C puede colocarse normalmente a 50 pies delelectrodo bajo prueba, con P colocado alrededor de 31 pies de distancia. Conun pequeño emparrillado de dos electrodos a tierra, C normalmente puedecolocarse alrededor de 100 a 125 pies de distancia del electrodo bajo prueba;correspondientemente P puede colocarse alrededor de 62 a 78 pies dedistancia. Si el sistema de electrodos a tierra es grande – consistiendo, porejemplo, de varias varillas o placas en paralelo – la distancia para C debeincrementarse a posiblemente 200 pies, y para P a 125 pies. Necesitara una


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__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

MaximumDimension, Ft.

(see note 2)

Distance toP, Ft.

Distance toC, Ft.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2 40 704 60 1006 80 1258 90 140

10 100 16012 105 17014 120 19016 125 20018 130 21020 140 22040 200 32060 240 39080 280 450100 310 500120 340 550140 365 590160 400 640180 420 680200 440 710

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Fig. 9 – Ejemplo de cómo la localización de C afecta a la curva de resistencia – tierra.

TABLA I GUIA PARA LA LOCALIZACION APROXIMADA DELAS PUNTAS DE REFERENCIA (Ver Nota 1)

Nota 1 – Basada en los datos en la Referencia 2.Nota 2 – Por ejemplo, la diagonal a través de un área rodeada

por una valla aterrizada.


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Con los Probadores de Resistencia de TierraMEGGER® circuitos de prueba de resistenciaaltas, pueden ser realizados sobre unasuperficie pavimentada.

distancia aun mayor para sistemas de electrodos complejos, que consisten,por decir, de un gran numero de varillas o placas y otras estructuras metálicas(todas entrelazadas juntas). Para un sistema de electrodo a tierra que cubraun área grande, consulte en Apéndice II y III para técnicas adicionales. La Tabla I es una guía útil para ubicación de la punta de referencia. Ustedencuentra la figura “Dimensión Máxima” tomando la distancia diagonal através del área del sistema de electrodos. Por ejemplo, si el área mide 100 por100 pies, la diagonal es de alrededor de 140 pies. De la tabla, usted recorrehacia abajo la primera columna hasta 140 y lee a través que P debe ser 365pies desde el electrodo y C, 590 pies.

PUNTAS PEREZOSASLos últimos modelos de probadores digitales de tierra pueden funcionar con resistencias de punto muy altas temporales y dar resultados confiables yexactos. La corriente y el voltaje son medidos separadamente, esto permite medidas de electrodo realizadas con resistencias de punto de prueba hasta400 KΩ.

La ventaja de estos instrumentos que toleran resistencia de punto tan alta esgeneralmente que las pruebas pueden ser realizadas rápidamente sobre unsitio verde porque los electrodos no tienen que ser enterados demasiadodentro de la tierra. Sin embargo, en situaciones urbanas, las pruebas puedenser realizadas usando postes de signo, cercas metálicas y balizas. Cuandoesto no es posible, los resultados tienen que ser obtenidos acostando loselectrodos temporales sobre un pedazo mojado de concreto. Este método haresultado a las mediciones del valor de “pico” de menos de 10kΩ, biendentro el valor máximo que produce el error de la lectura.

Con instrumentos modernos,cualquier problema con laspuntas temporales será indicadosobre la demostración paramostrar que la lectura no puedeser valida. Una posición masconveniente para las puntasdebería ser usada a lo largo delhueco entre baldosas, una grietaen el concreto, o en un charcocercano.


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PRUEBAS SUPLEMENTARIAS

Hay relacionadas pruebas que pueden ser realizadas para complementar lainformación obtenida de la prueba de tierra y aumentar la protecciónproporcionada del electrodo de tierra. Una de estas pruebas de continuidades para asegurar lo completo y adecuado en todas partes de los conductoresde base y abajo del punto de contacto con el electrodo. Un probador de tresterminales o de cuatro terminales puede ser usado en una configuración dedos terminales desviando juntos los pares apropiados. Las dos puntas depruebas pueden ser conectadas a traves de una unión o longitud de unconductor y así medir su resistencia. Un probador de resistencia, sinembargo, solo proporciona una comprobación de reserva conveniente, no esuna prueba de continuidad totalmente rigurosa. La razón de esta seguridades que la corriente de prueba es limitada con valores debajo de un niveldañoso al cuerpo humano. Una rigurosa prueba del lazo debe acentuar laconexión en niveles de corrientes capaces de revelar la corrosión, grietas,contactos malos y otros por el estilo. Por esta razón un medidor de bajaresistencia ohmetrica capaz de 10 A o mas de corriente es preferido.

Para proteger el personal que realiza una prueba de tierra, así comoidentificar la presencia de problemas eléctricos en el sistema, el electrodopuede ser comprobado para la presencia de corriente de falla. No es raro queen un sistema desequilibrado o de fallas eléctricas, que el electrodo lleve unacorriente de falla constantemente a tierra. Esto puede que sea solo demultiamperios o algunos amperios, y puede ocurrir sin ser detectado. Unasensitiva abrazadera millimetro puede revelar este problema, y proteger elpersonal de choques eléctricos en solamente algunos segundos.

COMO MEJORAR LA RESISTENCIA A TIERRA

Cuando encuentra que la resistencia de su electrodo a tierra no essuficientemente baja, existen varias forma para mejorarla:

1. Alarguen el electrodo a tierra en la tierra2. Usar varillas múltiples.3. Tratar el suelo

Efecto del tamaño de la varilla: Como puede sospechar, enterrando unavarilla larga más dentro de la tierra, decrece materialmente su resistencia. Engeneral, doblar la longitud de la varilla reduce la resistenciaaproximadamente 40%. La curva de la Fig. 10 muestra este efecto porejemplo, observe que una varilla enterrada dos pies tiene una resistencia de88 ohms: la misma varilla enterrada 4 pies tiene una resistencia de alrededorde 50 ohms. Empleando la regla de reducción a 40%, 88 x 0.4 =35 ohms dereducción. Una varilla de 4 pies de profundidad, por este calculo tendría unaresistencia de 88–35 ó 53 ohms–comparándose muy cercanamente a losvalores de la curva.

También podría pensarse que incrementando el diámetro del electrododisminuye la resistencia. Lo hace, pero solo un poco. Para la mismaprofundidad, doblar el diámetro de la varilla reduce la resistencia solo 10%.


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Fig. 10 – La resistencia a tierra decrece con la profundidad del electrodo hincadoen la tierra. (Fuente: Referencia 19)

Fig. 11 – El diámetro de una varilla tiene poco efecto en la resistencia de tierra

Curva A, de la referencia 19Curva B, promedio de los laboratorios de prueba (UL) UnderwritersLaboratories en ChicagoCurva C, promedio de los Laboratorios de prueba (UL) UnderwritersLaboratories Pittsburgh.

La figura 11 muestra esta relación. Por ejemplo, una varilla de 10 pies deprofundidad, 5/8 de pulgada de diámetro, tienen una resistencia de 6.33ohms; incrementando su diámetro a 1 1/4 pulgada disminuye la resistenciasolo a 5.6 ohms. Por esta razón, normalmente solo considere incrementar eldiámetro de la varilla si tiene que hincarla en terreno duro.


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5 Fuente: Referencia 20

Uso de múltiples varillas: Dos varillas bien espaciadas enterradas en latierra proporcionan caminos paralelos. Son, en efecto, dos resistencias enparalelo. La regla para dos resistencias en la paralelo no se aplicaexactamente; esto es, la resistencia resultante no es la mitad de la resistenciade la varilla individual (suponiendo que sean del mismo tamaño yprofundidad.) Realmente, la reducción de dos varillas de resistencia igual esalrededor de 40%. Si se emplean tres varillas, la reducción es 60%, y si seemplean cuatro, es 66% (vea la Figura 12).

Cuando se emplean múltiples varillas, estas deben espaciarse más que lalongitud de su inmersión. Existen razones teóricas para esto, pero solonecesita referirse a las curvas tales como las de la Figura 13. Por ejemplo, sitiene dos varillas en paralelo y un espaciamiento de 10 pies, la resistencia sedisminuye aproximadamente 40%. Si el espaciamiento se incrementa a 20pies, la reducción es aproximadamente 50%.

Fig. 12 – Resultados promedio obtenidos mediante varillas múltiples (Electrodoshincados a tierra).


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Fig. 13 – Resistencia comparativa de varillas múltiples (Electrodoshincados a tierra). Una sola varilla equivale a 100%6

Tratamiento del suelo: El tratamiento químico del suelo es un buen modopara mejorar la resistencia a tierra cuando no se pueden enterrar másprofundamente los electrodos de tierra (a causa de roca dura subyacente, porejemplo.) Esta más allá del objetivo de este manual recomendar los mejoresquímicos de tratamiento para todas las situaciones. Tiene que considerar elposible efecto corrosivo en el electrodo. El sulfato de magnesio, sulfato decobre, y sal de roca ordinaria son materiales no corrosivos adecuados. Elsulfato de magnesio es menos corrosivo, pero la sal de roca es más barata yhace el trabajo si se aplica en una zanja excavada alrededor del electrodo(Figura 14.)

El tratamiento químico no es un modo permanente de mejorar su resistenciaa tierra. Los químicos son deslavados gradualmente por la lluvia y drenajenatural a través del suelo. Dependiendo de la porosidad y la cantidad delluvia, el periodo de reemplazo varía. Pueden pasar varios años antes que seanecesario otro tratamiento.

El tratamiento químico también tiene la ventaja de reducir la variaciónestacional en la resistencia que resulta del mojado periódico y secado delsuelo. (Vea las curvas de la Figura 15.) Sin embargo, solo debe considerareste método cuando los electrodos múltiples o profundos no sean prácticos.


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Fig. 14 – Método de trincheras para la preparación del terreno7

Fig. 15 – El tratamiento químico del suelo aminora las variacionesestacionales de la resistencia tierra de los electrodos8

Vea APENDICE I que describe el empleo de un nomograph relacionado a lalongitud de la varilla, y la resistividad de la tierra a la resistencia de la tierra.


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9 B = 1⁄20 A is generally recommended.

SECCIÓN IIRESISTIVIDAD DE LA TIERRA

Como vimos en la sección I, él termino “resistividad de tierra” expresado encentímetros ohm (abreviado cm-ohm), es un variable basico que afecta laresistencia a tierra de un sistema de electrodos. Pero se encontró que el valorreal de la resistividad de la tierra no necesita medirse para verificar laresistencia de tierra del electrodo. Ahora consideraremos otros campos dondese mide el valor de la resistividad; también algunos de los factores queafectan el área de interés en la prueba de tierra.

Las mediciones de resistividad de tierra pueden emplearse convenientementepara prospecto geofísico (para ubicar ore bodies, clays, y agua bearing gravela hacia la superficie de la tierra.) Las mediciones tambíen pueden emplearsepara determinar la profundidad de la roca y el grosor del glacial drift.

Las mediciones de la resistividad de la tierra tambíen son útiles paraencontrar la mejor ubicación y profundidad para electrodos de bajaresistencia. Tales estudios se realizan, cuando se van a construir unidadeseléctricas nuevas (una estación generadora, subestacion, torre detransmisión, u oficina central telefónica.

Finalmente, se puede utilizar la resistividad de la tierra para indicar el gradode corrosión que se espera en tuberías subterráneas de agua, petróleo, gas,etc.. En general, la corrosión puede aumentar en sitios donde los valores deresistividad están bajos. Este tipo de información es una guía buena parainstalar la protección catódico.

COMO SE MIDE LA RESISTIVIDAD DE LA TIERRA

Un Instrumento de cuatro terminales es empleado para la resistividad de latierra, sin embargo este utiliza cuatro electrodos de tamaño pequeñoenterrando los en la mínima cantidad y a distancias iguales entre ellos en unalínea recta (Fig. 16). Cuatro puntas de prueba separadas conectan loselectrodos a las cuatro terminales del instrumento, como se muestra. De aquíque el nombre de esta prueba sea llamado: “Método de Cuatro Terminales”.

El Dr. Frank Wenner de la Oficina de los estandars de USA. Desarrollo lateoría basada en esta prueba en 1915 (ver Ref. 10) el demostró que, si laprofundidad del electrodo (B) se mantiene pequeña comparado con ladistancia entre electrodos (A)9, se aplica la siguiente formula:

ρ = 2π AR

En donde ρ es la resistividad promedio del suelo a la profundidad A en ohm– cm, π es la constante 3.1416, A es la distancia entre los electrodos en cm,R es la lectura del instrumento MEGGER en ohms.


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En otras palabras si la distancia A entre electrodos es 4’, usted obtendrá laresistividad de la tierra a una profundidad de 4’ como sigue.

1. Convertir los 4’ en centímetros para obtener A en la fórmula:4 x 12 x 2.54 cm = 122 cm

2. Multiplique 2 π A para obtener la constante para una preparación deprueba dada: 2 x 3.1416 x 122 = 766

Ahora, por ejemplo si la lectura de su instrumento es de 60 ohms, laresistencia de la tierra sería de 60 x 766, o sea 45,960 ohms – cm.

Fig.- 16 Método de medición de la resistencia de tierra de “Cuatro – Terminales”

EJEMPLO PRACTICO DEL MÉTODO DE PRUEBA10

Una Compañía Petrolera tiene una tubería de 10 pulgadas y 6300 pies delargo corriendo a través de un terreno rugoso. Después de una fuga porcorrosión, se deseo checar la resistividad de la tierra a lo largo de la tierra.Los puntos de baja resistencia requerirían de mayor atención. De tal maneraque se uso un instrumento MEGGER para efectuar una topografía a lo largode la línea.

Primero fue encontrada la profundidad promedio de la tubería de un plano deperfil. Esta fue de 4 pies, de tal manera que los cuatro electrodos fueronamarrados juntos a una separación de 4 pies con una cuerda de cáñamofuerte.

Se decidió checar la resistencia de la tierra cada 20 pies a lo largo de la línea.La Fig. 17 muestra una parte de los resultados la profundidad del agujero decorrosión y las lecturas del instrumento MEGGER fueron ambas señaladasen la gráfica por puntos a lo largo de la tubería nótese que para las lecturasde baja resistencia, se encontraba mayor corrosión.


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Fig. 17 La topografía de la resistividad de la tierra de la tubería muestra endonde la corrosión se encuentra más próxima a ocurrir.

EL TIPO DE SUELO AFECTA LA RESISTIVIDAD

Ya se trate de un suelo mayormente arcilloso o muy arenoso, la resistividadde la tierra puede cambiar mucho.

No es fácil definir exactamente a un suelo dado; la arcilla puede cubrir a unaamplia variedad de suelos de tal manera que no podemos decir que cualquiersuelo dado tiene una resistividad de tantos ohms – cm acompañando lasTablas II y III desde dos libros de referencia diferentes se muestra el ampliorango en valores. Nótese también la variedad de valores para los mismo tiposgenerales de suelo. Ver también la Fig. 18 pág. 33.

TABLA II – RESISTIVIDAD DE DIFERENTES SUELOS*

SUELO RESISTIVIDAD OHM – CM

PROMEDIO MIN. MAX.

Rellenos de cenizas, partículas de madera quemadas, desperdicios de agua salada ................................................2,370 590 7,000

Arcilla, rocas de arcilla endurecida, plantas gomosas, suelos ricos compuestos especialmente de arcilla arena y materia orgánica...........................................................4,060 340 16,300

Los mismos pero con proporciones variables de arena y grava ............................15,800 1,020 135,000

Grava, arena, piedras con un poco de arcilla o suelos ricos compuestos especialmente de arcilla arena y materia orgánica............................................94,000 59,000 458,000

*reporte 108 de la oficina de Estándares Técnicos de U.S.A.


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Fig. 18 – Los Electrodos hincados a mayor profundidad en la tierra, bajan laresistencia. Estas gráficas muestran la relación entre las características del terrero yla resistencia de los electrodos hincados a mayores profundidades.

TABLA II – RESISTIVIDAD DE DIFERENTES SUELOS

SUELO RESISTIVIDAD OHM – CM (RANGO)

Suelos de superficie, suelos ricos compuestos especialmente de arcilla, arena y materia orgánica, etc ..............100-5,000

Arcilla ........................................................................................200-10,000

Arena y grava ........................................................................5,000-100,000

Caliza superficial ..............................................................10,000-1,000,000

Caliza. ......................................................................................500-400,000

Rocas de arcilla endurecida........................................................500-10,000

Arenisca. ................................................................................2,000-200,000

Granitos, basaltos, etc. ....................................................................100,000

Partículas de rocas formadas de capas de

cuarzo, mica, etc. ....................................................................5,000-50,000

Rocas duras dispuestas en capas delgadas, etc. ......................1,000-10,000

LA RESISTIVIDAD DECRECE CONLA HUMEDAD Y LAS SALES DISUELTAS

En el terreno, la conducción de corriente es principalmente electrolítica. Portanto, la cantidad de humedad y el contenido de sales del terreno afectaradicalmente su resistividad. La cantidad de agua en el terreno varía, porsupuesto, con el clima, época del año, la naturaleza del subsuelo y laprofundidad del manto freático permanente. La Tabla IV muestra los efectostípicos del agua en el terreno; Note que cuando están secos los dos tipos deterreno son buenos aislantes (resistividades mayores de 1000 x 106 ohm-cm). Con un contenido de humedad de 15%, sin embargo, note eldecrecimiento drástico en resistividad (por un factor de alrededor de100,000).


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TABLA IV - Efecto del Contenido de Humedad en la Resistividad del Terreno*

CONTENIDO DE HUMEDAD,% POR PESO TERRENO ARCILLA

RESISTIVIDAD, OHM-CM SUPERFICIAL ARENOSA

0.0 1,000 x 106 1,000 x 106

2.5 250,000 150,000.05.0 165,000 43,00010 53,000 22,00015 21,000 13,00020 12,000 10,00030 10,000 8,000

*De “Una investigación sobre resistencia del terreno”, por P.J. Higgs, I.E.E. Journal, vol. 68, p. 736, febrero de 1930.

Realmente, el agua pura tiene una resistividad infinitamente alta. Las salespresentes en forma natural en el terreno, disueltas en agua, bajan laresistividad. Solamente una pequeña cantidad de una sal11 puede reducir laresistividad del terreno de manera significativa (vea la Tabla V). Como se vioen la Sección I, este efecto puede ser útil para proporcionar un buenelectrodo de baja resistencia, en lugar de un sistema de electrodos elaboradoy caro.

TABLA V - Efecto del Contenido de Sal en la Resistividad del Terreno**

% DE SAL AGREGADA RESISTIVIDAD,POR PESO DE HUMEDAD OHM-CM

0.0 10,7000.1 1,8001.0 4605.0 19010 13020 100

*Para arcilla arenosa - contenido de humedad, 15% por peso; temperatura, 17°C (63°F)

EFECTO DE LA TEMPERATURAEN LA RESISTIVIDAD DEL TERRENO

No se ha recopilado mucha información sobre los efectos de la temperatura.Dos hechos conducen a la conclusión lógica de que un incremento en latemperatura disminuirá la resistividad: (1) el agua presente en el terrenoprincipalmente determina la resistividad, y (2) un incremento en latemperatura disminuye notoriamente la resistividad del agua. Los resultados

11 Por sal se debe entender no sólo la sal que se usa para sazonar los alimentos (cloruro de sodio) aunque esta la puedecontener el terreno. Otras clases de sales contenidas son el sulfato de cobre, el carbonato de sodio, etc. (vea “Tratamientodel terreno”, Sección I, p. 27).


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que se muestran en la Tabla VI confirman estos hechos. Note que cuando secongela el agua en el terreno, la resistividad salta en forma apreciable; elhielo tiene una resistividad alta. Note también que la resistividad continúaaumentando conforme baja la temperatura por debajo del punto decongelación. Se podría tener un valor realmente alto en el Polo Norte.

En la tabla, note que una caída de temperatura de 54 grados (de 68°F a 14°F)ocasiona un aumento de 50 veces en resistividad.

TABLA VI - Efecto de la Temperatura en la Resistividad del Terreno*

TEMPERATURARESISTIVIDAD,

C F OHM-CM

20 68 7,20010 50 9,9000 32 (agua) 13,8000 32 (hielo) 30,000-5 23 79,000-15 14 330,000

*Para arcilla arenosa, humedad 15.2%

VARIACIONES ESTACIONALES ENLA RESISTIVIDAD DEL TERRENO

Hemos visto los efectos de la temperatura, la humedad y el contenido desales en la resistividad del terreno. Es lógico, por tanto, que la resistividaddel terreno variará considerablemente en las diferentes épocas del año. Estoes particularmente cierto en aquellos lugares donde hay variaciones extremasde temperatura, lluvia , temporadas secas y otras variaciones estacionales.

De todo el análisis precedente, se puede ver que la resistividad del terreno esuna cantidad muy variable. Si se desea saber cual es su valor en un lugardado en cierta época del año, la única manera segura es medirla. Cuando seutiliza este valor para trabajos de sondeo, el cambio en el valor, ocasionadopor cambios en la naturaleza del subsuelo, es el asunto importante; de lasvariaciones en resistividad se pueden obtener resultados de sondeoimportantes.

Como se vio en la Sección I, la otra razón principal de interesarse en laresistividad del terreno es para el diseño de sistemas de electrodos parasistemas eléctricos de potencia, pararrayos y así sucesivamente. Laresistencia del terreno varía directamente con su resistividad y es útil paraconocer que factores afectan la resistividad.

Las curvas de la figura 19 ilustran varios puntos importantes. Ellas muestranel cambio esperado en la resistencia del terreno (debido a cambios deresistividad) en un periodo de año y medio; también muestran que el


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electrodo más profundo da un valor más estable y más bajo. Concluimos queel contenido de humedad y la temperatura del terreno es más estable aprofundidades más grandes abajo de la superficie del terreno. Por tanto, elelectrodo de tierra debe alcanzar un nivel de profundidad suficiente paraproporcionar:

1. Contenido de humedad permanente (relativamente hablando).2. Temperatura constante (abajo de la línea de congelamiento; otra vez

relativamente hablando).

Figura 19 - Variaciones estacionales de la resistencia del terreno con unelectrodo tubular de ? de pulgada de diámetro en terreno de arcillapedregosa. La profundidad del electrodo en el terreno es de 3 pies para lacurva 1 y de 10 pies para la curva 2. (Fuente: referencia 9).

DETERMINACIÓN DE UN BUENLUGAR PARA EL ELECTRODO

Un buen electrodo de tierra de baja resistencia depende de un terreno de bajaresistividad en un punto en el que se puedan enterar los electrodos. Existendos maneras para seleccionar el lugar.

1. Enterrar varillas en varios lugares a las profundidades que se requieran yprobar su resistencia mientras se entierran.

2. Medir la resistividad del terreno antes de enterrar las varillas de tierra.Luego calcular el número y la longitud de las varillas requeridas.

Para obtener un electrodo de baja resistencia en un lugar desfavorable,disponga líneas rectas separadas entre sí 10 pies, que cubran el área. Entierrecuatro estacas separadas entre sí 10 pies, pero a una profundidad no mayorde 6 pulgadas, a lo largo de una línea a-b-c-d, como se muestra en la figura20. Mida la resistencia R entre las estacas b y c, usando el método descritopara resistividad del terreno.


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Figura 20 - Método para determinar el mejor lugar de un electrodo de tierra a unaprofundidad a. El lugar que dé la lectura más baja en el probador de tierraMEGGER es el más deseable.

Luego, cambie las estacas a lo largo de la línea en cuestión a los puntos b-c-d-e, c-d-e-f y así sucesivamente (vea la figura 20) y pruebe hasta que sehaya cubierto la línea completa. En seguida, pase a la siguiente línea y repitael proceso hasta haber cubierto el área seleccionada. El lugar que dé el valormás bajo para R tiene la resistencia específica menor para el terreno a laprofundidad seleccionada de 10 pies. Ese punto le dará el lugar, másconveniente deseado, para el mejor electrodo de tierra.

Si usted desea resultados afectados por la resistividad promedio del terrenoa una profundidad de 20 pies, repita el sondeo con líneas separas entre sí 20pies y con estacas espaciadas entre sí 20 pies. Tales sondeos no llevan muchotiempo y se amortizarán en el aseguramiento de un buen sistema de tierras.

Método alternativo: Otra manera es enterrar varillas o tubos en varioslugares a profundidades tales que sean prácticas, probando su resistenciamientras se entierran. De esta manera, generalmente se puede decir deinmediato cuando se ha alcanzado humedad o un buen terreno conductor. Sinembargo, el trabajo necesario puede ser mayor que con el primer método.


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SECCION IIIMEDIDAS CON EXACTITUD DE RESISTENCIA

DE TIERRA PARA SISTEMAS GRANDES

Sistemas grandes de tierra, como los encontrados en subestaciones eléctricas,son una parte importante de la protección de la red eléctrica. Ellos aseguranque la corriente de falla permita a dispositivos protectores funcionarcorrectamente. Una subestacion debe tener un terreno con baja resistenciapara reducir voltajes excesivos que se desarrollan durante una falla quepodría poner en peligro la seguridad de la gente cercana o dañar el equipo.

Instalado un sistema de tierra, la resistencia del suelo alrededor debe sermedida. Pruebas de resistencia inexactas pueden conducir a gastosinnecesarios en el diseño del sistema.

Después de la instalación es vital comprobar que el sistema de tierra eléctricocoordine con los criterios de diseño y debería ser medido de vez en cuandopara asegurar la corrosión o los cambios de la resistencia del suelo que notengan un efecto adverso. Las redes de tiera no tienen que aparecerdefectuosas antes de que una falla ocurra y una situación peligrosa surja.

Para obtener un valor suficientemente bajo de resistencia de tierra, lossistemas de tierra pueden consistir de una estera de tierra que cubra una áreagrande o de muchas barras interconectadas. Técnicas de prueba deben serusadas en sistemas grandes para asegurar que lecturas validas sean obtenidas.Esto es diferente de la sola pequeña barra de tierra (por ejemplo, un sistemade protección de relámpago, o una tierra residencial) que pueden ser simplede probar.

El modelo MEGGER® DET2/2 mostrado aquí con sus accesorios, es uninstrumento confiable diseñado para pruebas de sistemas de tierra masgrandes y mas complejos.


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PRUEBAS DE DESAFIOS EN SISTEMAS GRANDES DE TIERRA

Asegurar medidas validas probando sistemas grandes de tierra , requiere quelas técnicas e instrumentos apropiados sean usados. La manera desubestaciones y sistemas de tierra de estaciones de energía hacen el probadode pruebas mas delicado y complejo sobre una simple barra de tierra. Acontinuación tenemos tres claves desafíos en las pruebas de subestacionesde sistemas de tierra:

1. El área físicamente grande del sistema de tierra de una subestacion deenergía resulta en una gran “área de resistencia” y por consiguiente, quemucha distancia entre las ondas de pruebas; inmejorablemente la sondasde corriente deberían ser colocadas 10 veces a la distancia máxima sobreel sistema de tierra( por ejemplo,3000 pies por 300 pies 2 de rejilla detierra) para encontrar la parte plana de la curva de resistencia.

2. Típicamente las grandes áreas de resistencias, dan valores de menos0.5ohms, la resolución del instrumento es critica si pequeñasdiscrepancias en las lecturas son observadas. Si el instrumento en pruebano tiene la resolución conveniente, los errores del instrumento puedenabrumar los resultados.

3. Grandes relés eléctricas contienen ruido que consisten de frecuencias deindustrias y armónicas. También el ruido de frecuencias de altosinterruptores etc.y señales inducidas por otras fuentes. Los probadoresde tierra deben recuperar y analizar una pequeña señal de prueba en unaárea mucho más grande. La mayor parte de probadores de tierra rechazanel ruido de una frecuencia sola (por lo general 128 Hz) que es adecuadoen la mayor parte de situaciones por que evita los armónicos del patrónde frecuencias. Desafortunadamente esto no es adecuado en lassubestaciones por que este tipo de influencia puede causar significativoserrores de medición.

TRATAMIENTOS DE LOS DASAFIOS DE PRUEBASEN SISTEMAS DE TIERRA GRANDES

En el mundo ideal, la prueba de un sistema de tierra grande seria conducidode acuerdo con la Caida-de Metodo Potencial. Lamentablemente, grande“áreas de resistencias” hacen imposible de realizar esta prueba. Comonotado anteriormente, colocando la sonda de corriente de prueba 10 veces ala distancia máxima del sistema puede requerir puntas de pruebas de milesde pies. El método de la cuesta puede ser usado con eficacia porque norequiere que los usuarios encuentren la parte plana de la curva o sepan el centro eléctrico como un punto de medición. Las lecturas son tomados enel 20%, el 40%, y el 60% de la distancia de la sondas de corrientes y apto enun modelo matemático de la característica de resistencia. El apéndice IIIproporciona una explicación detallada del método de la cuesta, incluyendoreportes relevantes.


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Otros desafíos encontrados en pruebas de sistemas de tierra grandes, serelaciona con la capacidad del instrumento de prueba. Avanzada tecnologíaha hecho posible que instrumentos sean diseñados de una manera que tratenlos problemas creados por las características y condiciones de sistemasgrandes de tierra.

Para que el método de la cuesta proporcione resultados significativos, lamedida exacta de las variaciones en puntos diferentes es critica. Ya quesistemas de tierra grandes típicamente tienen los valores de resistencia demenos de 0.5Ω, la diferencia puede ser bastante pequeña. Un instrumentocon 1mW la resolución de medida puede indicar las pequeñas diferenciasentre las lecturas bajas.

El ruido es un problema principal en pruebas de sistemas grandes de tierra ydebe ser dirigido para asegurar resultados exactos. Para ser eficaz, elinstrumento de prueba debe ser diseñado para vencer los efectos de ruidosignificativos del medio ambiente. Entre las capacidades técnicas quepueden ayudar a compensar el problema ruidoso son:

• Una frecuencia variable de prueba (más bien, una sola frecuencia fija deprueba) que pueda ayudar a quitar cualquier ruido vago que podría afectarla lectura.

• Un nivel de supresión de interferencia alta de maximo-pico.

• Un sistema sofisticado con filtro para rechazar ruidos altos.

• Varios ajustes de corrientes para mejorar la proporción de senal-ruidocuando sea necesario.


40

Figura 21 - Nom

ograma que relaciona los factores básicos que afectan la resistencia a tierra * (vea el texto).


41

12 Source: Reference 21

Apéndice I - Nomograma guía para lograrresistencia a tierra aceptable

El Dr. L.E. Whitehead de los laboratorios DuPage desarrolló un nomograma(figura 21) que puede ser una guía útil para encontrar la norma establecidapara una resistencia a tierra mínima. Si se tiene un sistema de electrodos detierra dado y se encuentra que la lectura del instrumento Megger es muy alta,la gráfica puede utilizarse para mostrar que se debe hacer para bajar el valor.Note que cubre tres condiciones variables que afectan la resistencia a tierradel electrodo: resistividad del terreno, longitud y diámetro de la varilla.

Para ilustrar la utilización del nomograma, tomemos un ejemplo. Supongaque se tiene una varilla de 5/8 de pulgada enterrada 10 pies en el terreno. Elinstrumento Megger indica una resistencia a tierra de 6.6 ohms. Perodigamos que la especificación para esta resistencia es de “no más de 4ohms”. Para lograr esto, se pueden cambiar una o más de las tres variables;la más simple y la más efectiva es la profundidad de la varilla hincada. Paraencontrar la profundidad requerida que dé una resistencia a tierra de 4 ohms,proceda como sigue: Con una regla, trace una línea del punto de 10 pies enla línea L al punto de 5/8 de pulgada en la línea d; esto da un punto dereferencia donde la línea cruza la línea q. Conecte este punto de referenciacon 6.6 ohms - la resistencia medida en la línea R, como se muestra en lafigura 21, lea el valor de resistividad a tierra donde esta línea cruza la línear.El valor es de 2000 ohm-cm.

Para determinar la profundidad de varilla requerida para una resistencia atierra de 4 ohms, trace una línea desde este punto en la línea R a través delpunto 2000 en la línea hasta cruzar la línea q. La línea punteada en la figura21 muestra este paso. Ahora, suponiendo que no cambia el diámetro de lavarilla, conecte el punto de 5/8 en la línea d a través del nuevo punto dereferencia en q y prolongue la línea hasta L. Esto le da la profundidadrequerida de la varilla para el valor de resistencia de 4 ohms. Finalmente,tome una nueva lectura con el instrumento para verificar el valor, puesto quela resistividad del terreno puede no ser constante ( como lo considera elnomograma).

Otra manera de reducir la resistencia a tierra sería bajar la resistividad delterreno. Note en la figura 21 que si se traza una línea de un punto dereferencia 1 (sin cambiar la profundidad ni el diámetro de la varilla), senecesitará reducir la resistividad a cerca de 1000 ohm-cm para dar laresistencia a tierra de 4 ohms requerida. Esto se podría hacer por tratamientoquímico, como se describió al principio, pero normalmente una varilla másprofunda es la manera más fácil.


42


Apéndice II Medición de la resistenciade sistemas grandes con electrodos de tierra:

Método de curvas de intersección*

La dificultad de medir la resistencia de sistemas de electrodos grandesinvolucra la utilización de cables muy largos para conectar las sondas depotencial y corriente. Se ha diseñado un método alternativo, en el que talescables largos no son necesarios. El principio básico es obtener curvas deresistencia a tierra para distintos espaciamientos de electrodos de corriente,y, considerando diferentes disposiciones sucesivas para el centro eléctricodel sistema, para producir curvas de intersección que darán la resistencia atierra y la posición del centro eléctrico.

Se encuentran ciertos problemas más bien difíciles cuando la resistencia deun sistema de electrodos de tierra, consistente de varias varillas, cintas, etc.,todas conectadas en paralelo y distribuidas en una gran área que se va amedir. El método usual de medición que trabaja muy bien tiene unadesventaja: a saber, que es generalmente necesario colocar la sonda decorriente auxiliar a una distancia considerable del sistema de electrodos detierra. En algunos casos esta distancia puede ser tanto como 3000 pies, y estono siempre es conveniente o posible.

Un método que no requiere tales longitudes tan largas de cable seríaobviamente mejor, por tanto, se sugiere el siguiente.

Suponga que todas las mediciones se hacen desde un punto O de arranquearbitrario; la distancia C a la sonda de corriente y la distancia P variable a lasonda de potencial se miden desde ese punto. Luego se puede obtener unacurva tal como la abc (figura 22), que da la resistencia medida contra el valorde P. Ahora suponga que el centro eléctrico del sistema de electrodos detierra está actualmente en D, distancia X desde O. Entonces la distanciaverdadera del centro a la sonda de corriente es C + X, y la resistenciaverdadera se obtiene cuando la sonda de potencial está a una distancia 0.618(C + X) desde D. Esto significa que el valor de P, medido desde O es 0.618(C+X) - X. Si ahora se dan a X distintos valores, los valores correspondientesde P se pueden calcular y la resistencia leída fuera de la curva. Estasresistencias se pueden graficar contra los valores de X en otra curva. Cuandoeste proceso se repite para un valor diferente de C, y se obtiene otra curva deresistencia contra X, las dos curvas se deben cruzar en la resistenciarequerida. El proceso puede repetirse para un tercer valor de C como unaverificación. Estas curvas se llaman curvas de intersección. Se haconsiderado que D, O y C están en la misma línea recta.


43

Figura 22 - Curva de resistencia a tierra aplicable a sistemas de una gran área.

Figura 23 - Curvas de resistencia a tierra para una subestación.

PRUEBA EN UNA SUBESTACIÓN GRANDE

Las pruebas se realizaron en una subestación que cubre un área aproximadade 300 pies x 250 pies. El sistema de tierra consiste de varias placas de tierray varillas unidas por cables de cobre. La línea de prueba sale de un punto enel frente aproximadamente a la mitad a lo largo de un lado, y el electrodo decorriente se colocó a distancias de 400, 600, 800 y 1000 pies del punto dearranque. Las curvas de resistencia a tierra resultantes se muestran en lafigura 23. Las curvas de intersección están graficadas y el valor final deresistencia se encuentra en la figura 24.

Es razonable esperar que este valor sea correcto dentro de un porcentajepequeño.


44

Figura 24 - Curvas de intersección para la figura 23. El centro del triánguloformado por la intersección, figura 24, da la resistencia a tierra: 0146 ohms.

COMENTARIOS GENERALES

El propósito de este método es reducir la distancia a la sonda de corriente, yesto parece haberse logrado, pero se deben notar algunos puntos adicionales.Del trabajo que se ha hecho en el método, hay ciertos límites en la distanciaa la sonda de corriente. Para cumplir, si el sistema de tierra tiene la forma deun cuadrado, la distancia mínima a la sonda de corriente no debe ser menorque el lado del cuadrado. Por otra parte, la distancia máxima no debe serdemasiado grande, si lo es, la curva resultante es muy plana, y el punto deintersección se vuelve indefinido. Otra vez, para un sistema cuadrado, estadistancia máxima no debe exceder el doble de lado del cuadrado. Para otrasformas del sistema de electrodos de tierra, es necesario analizar valoresmínimos y máximos adecuados para la distancia a la sonda de corriente.


45


Figura 25 - Localizaciones de la sonda de potencial para utilizar el Método dePendiente.

Apéndice III Medición de la resistenciade sistemas de electrodos de tierra grandes14

Método de pendiente.

Se ha mostrado que la resistencia de tierra verdadera de un sistema deelectrodos se obtiene cuando la sonda de potencial temporal P se coloca auna distancia del centro eléctrico del sistema igual al 61.8% de la distanciadel centro eléctrico a la sonda de corriente temporal.

Este principio se utiliza en la técnica llamada “curvas de intersección”explicada en el Apéndice I. Resulta aparente que el método es de naturalezacompleja y requiere ciertos cálculos de “prueba y error”.

Aquí se describe otra técnica. Es más fácil utilizar y ha probado darresultados satisfactorios, tanto en casos teóricos como prácticos, y cuando elterreno no es homogéneo. Se llama Método de Pendiente.

Para el propósito de aplicar esta técnica en la práctica, el siguiente es unprocedimiento simplificado paso por paso.

Seleccione una varilla E conveniente a la que se pueda conectar el probadorde tierra. E es una de tantas varillas paralelas que forman el sistema complejode tierra.

1. Inserte la sonda de corriente a una distancia C desde E (la distancia C esnormalmente de 2 a 3 veces la dimensión máxima del sistema).

2. Inserte sondas de potencial a distancias iguales a 0.2C, 0.4C y 0.6C.3. Mida la resistencia a tierra utilizando cada sonda de potencial a la vez.

Deje que esos valores de resistencia sean R1, R2, y R3 respectivamente.4. Calcule el valor de R

3- R

2/R

2- R

1.

Este valor se llama m y representa el cambio de pendiente de la curvaResistencia/Distancia.


46

5. Recurra a la tabla siguiente y encuentre los valores correspondientes deP

T/C para µ.

7. Puesto que C ya se conoce, calcule PT

e inserte una sonda de potencial aesta distancia de E. Mida la resistencia a tierra que debe ser la resistenciaverdadera.

8. Repita el proceso completo para una valor más grande de C. Si laresistencia “verdadera” decrece apreciablemente cuando C aumenta, esnecesario aumentar C todavía más.

NOTA: Como con otras técnicas de prueba de tierra, es necesaria ciertaexperimentación para tener la certidumbre si el resultado práctico es tanexacto como la teoría parece indicar.

Una observación particular sobre el Método de Pendiente es que si el cálculode µ es mayor que el dado en la tabla, la distancia C debe aumentarse.


47

Tabla VIIValores de P

T/C para varios valores de µ

0.400.410.420.430.440.450.460.470.480.49

0.500.510.520.530.540.550.560.570.580.59

0.600.610.620.630.640.650.660.670.680.69

0.700.710.720.730.740.750.760.770.780.79

0.6430.6420.6400.6390.6370.6360.6350.6330.6320.630

0.6290.6270.6260.6240.6230.6210.6200.6180.6170.615

0.6140.6120.6100.6090.6070.6060.6040.6020.6010.599

0.5970.5960.5940.5920.5910.5890.5870.5850.5840.582

0.800.810.820.830.840.850.860.870.880.89

0.900.910.920.930.940.950.960.970.980.99

1.001.011.021.031.041.051.061.071.081.09

1.101.111.121.131.141.151.161.171.181.19

0.5800.5790.5770.5750.5730.5710.5690.5670.5660.564

0.5620.5600.5580.5560.5540.5520.5500.5480.5460.544

0.5420.5390.5370.5350.5330.5310.5280.5260.5240.522

0.5190.5170.5140.5120.5090.5070.5040.5020.4990.497

1.201.211.221.231.241.251.261.271.281.29

1.301.311.321.331.341.351.361.371.381.39

1.401.411.421.431.441.451.461.471.481.49

1.501.511.521.531.541.551.561.571.581.59

0.4940.4910.4880.4860.4830.4800.4770.4740.4710.468

0.4650.4620.4580.4550.4520.4480.4450.4410.4380.434

0.4310.4270.4230.4180.4140.4100.4060.4010.3970.393

0.3890.3840.3790.3740.3690.3640.3580.3520.3470.341

µ PT/C µ P

T/C µ P

T/C


48

B A

PE

Sistema de tierra de unaestacion de distribucion

CerramientoPuesto a

Tierra

Estacion de Distribucion

Apendice IVDeterminacion de Tacto y Potencial de Paso

El potencial de tacto es el termino dado a la diferencia potencial que unapersona podría experimentar a través de su cuerpo si ella estuviese porejemplo de pie sobre el terreno fuera de la cerca de perímetro de la tierra deuna subestacion y el toque de la cerca en el tiempo que una falla a la tierraocurra.

Para determinar este valor, un probador de tierra primero puede ser usadopara encontrar la resistencia del terreno. Esto es conectado como lademostración en el (dbj. 26).

Fig. 26 - Método de empleo para la determinación de tacto y potencial de paso.

El terminal “C1” del probador de tierra es unido al sistema de base de lasubestacion “E” y el terminal “C2” es conectado al punto de corriente“C”(establecido para pruebas de una distancia lejana.) El terminal “P1” esunido a la estructura en prueba( por ejemplo, la cerca de perímetro la que lapersona podría tocar) y el terminal “P2” es unido a un punto potencial “P”que es insertado en la tierra sobre 3 pies lejos del perímetro de la cercacontinua al punto de prueba sobre la cerca (esto es donde la persona podríaestar de pie.)

El probador de tierra es manejado del modo normal y una medida deresistencia es hecha. Esta es la resistencia eficaz entre el punto de pruebaentre la cerca y el punto potencial visto por la corriente de prueba. Se debesaber el valor máximo de la corriente que fluirá en la tierra cuando una fallaocurra en la subestacion. La corriente de falla máxima tiene que sercalculada de parámetros asociados con las posiciones de subestacionesinvolucradas; esto no es necesariamente simple.


49

El eficaz de potencial máximo puede ser calculado dentro de un margenrazonable de exactitud (aproximadamente el 20%, dependiendo queverdadero la medida de resistencia de tierra sea), multiplicando la corrientede falla por la resistencia de la tierra.

El potencial de paso es obtenido de un modo similar. Esta es la diferenciapotencial que una persona experimentaría los pies si ellos caminaran elterreno en el cual una corriente de falla haya existido.

El terminal “C1” y “C2” sobre el probador de tierra es unido como lodescrito por la determinación del potencial de tacto. Los terminales “P1” y “P2” son unidos en dos puntos potenciales establecidos para objetivos deprueba. Las puntas son clavadas en la tierra en posiciones “A” y “B” (comomostrado en el dibujo 26) a una distancia de 3ft (esto es, la longitudaproximada del paso de una persona). Nota: “A” esta cercano a “E” y esunido al terminal “P1”.

El probador de la tierra es manejado del modo normal y una medida deresistencia es hecha. Esta es la resistencia eficaz entre “A” y “B” como vistopor la corriente de prueba. Otra vez, se debe saber el valor máximo de lacorriente que fluirá en la tierra en condiciones e falla en la subestacion.

El potencial de paso eficaz puede ser calculado multiplicando la corriente defalla por la resistencia de la tierra, otra vez dentro de una exactitud razonable.


50

REFERENCIAS

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“Principios y prácticas que establecen la puesta a tierra”, C. H. Jensen,también AIEE (IEEE) publicación S2.


51

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“Medición de resistencia de un sistema de electrodos de tierra que cubre unárea grande”, Dr. G. Tagg; IEE Procedings, Vol. 116, marzo de 1969.

“Mediciones de la resistencia de sistemas grandes de electrodos de tierra porel método de pendiente”, Dr. G. Tagg; IEE Procedings, Vol 117, noviembrede 1970.


Aplicación Ejemplos Requerimientos Tipo dede prueba de aplicación Resistividad de prueba instrumento Modelo No.

52

Guia de Selección del Probador de Tierra

Sistemas de alambrado de tierra simples

Sistemas de tierra grandesy complejos; interferencia

moderada de voltajes de CA presentes

Sistemas de tierra grandesmás complejos;

interferencia extrema devoltajes de CA presentes

Tierras de postes,residencial

electrodos de tierramúltiples, sistemas de

tierra de plantasindustriales, subestaciones

pequeñas

subestaciones grandes,subestaciones de

interruptores

No

Si

Si

No se requiere granresolución

Se requiere exactitud másalta y mayor resolución

Se requiere la mayorexactitud y resolución

precisa

3 terminales

4 terminales

4 terminales altasensibilidad

DET62D

DET5/4DDET5/4R

DET2/2

• Alta resolución, 1 mohm, ideal para sistemas de tierragrandes

• Alta exactitud para electrodos de tierra y pruebas deresistividad del terreno

• Voltaje de prueba 50 V máximo por seguridad• Baterías recargables de larga vida y recarga rápida• Un instrumento versátil y robusto con protección IP54• Características de filtro y alta corriente para prueba de tierra

válida en situaciones difíciles

• Operación simple totalmente automática• Medición de tres terminales para pruebas de electrodo de tierra• Rechazo superior de ruido a 40 V• Alta tolerancia a la resistencia con las varillas• Cubierta a prueba de agua, protección IP54

• Operación simple, totalmente automática• Selección de medición de tres o cuatro

terminales• Rango automático de 10 Mohm a 20 kohm• Pruebas a BS7671, BS7430, BS6651

y VDE0413• Alta tolerancia a la resistencia de la varilla• Tolerancia de ruido a 40 V

DET2/2

DET5/4

DET62D


4271 Bronze Way. • Dallas, TX 75237

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Medicion resistencia de tierra

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