ENTÉRATE DE LAS MEDIDAS DE PUESTA A TIERRA Y SU CORRECTA APLICACIÓN.

La evaluación de la resistencia de la puesta a tierra es una práctica esencial que debe llevarse a cabo antes de la activación de un sistema eléctrico. Esta evaluación también debe ser una parte integral de las tareas de mantenimiento preventivo para monitorizar continuamente, ya que el valor obtenido sirve como un indicador del estado óptimo del sistema de puesta a tierra.

En los sistemas donde los componentes inductivos y capacitivos juegan un rol significativo en la funcionalidad de la puesta a tierra, se utiliza el término impedancia de puesta a tierra. Esto es común en sistemas de gran escala, con mallas que se extienden por cientos de metros o más.

La impedancia es especialmente relevante para entender cómo la puesta a tierra responde a la inyección de descargas eléctricas de alta intensidad y duración breve, como es el caso de los rayos. En situaciones de baja frecuencia, la impedancia de puesta a tierra es primordialmente resistiva, con sistemas diseñados para manejar corrientes de frecuencia industrial. Hay normas específicas que dictan los métodos para medir tanto la resistencia a tierra como la impedancia.

Existen variados métodos para determinar la resistencia de puesta a tierra. Estos métodos están documentados en normas como la IEEE Std de 2012 “IEEE Guide for measuring earth resistivity, ground impedance, and earth surface potentials of a ground system” y la NTC 6307 de 2018 “Sistemas de puesta a tierra (spt)”. Estas normativas ofrecen guías detalladas sobre los procedimientos apropiados para llevar a cabo estas evaluaciones críticas.

Metodos.

· Método de los dos puntos

· Método de los tres puntos

· Método de la caída de potencial

· Método del 62%

· Método de la pendiente

· Medición de impedancia de puesta a tierra

· Método de medición con pinza

· Método de medición con pinza selectiva

A continuación, se explicará de forma clara cómo aplicar cada uno de los métodos mencionados:

Método de los dos puntos: Este procedimiento implica medir la resistencia de puesta a tierra del electrodo en cuestión en serie con un electrodo auxiliar, asumiendo que la resistencia de este último es insignificante en comparación con la del electrodo principal. La resistencia medida en esta configuración se atribuye al electrodo de tierra que se está evaluando.

No obstante, este enfoque puede generar errores significativos, particularmente cuando la resistencia del electrodo auxiliar se asemeja a la del electrodo principal. Se aplica comúnmente para evaluar electrodos de puesta a tierra sencillos, como una o dos varillas o un triángulo, que ocupan un área mínima. Como electrodo auxiliar, se opta por estructuras que cubren un área extensa, como una larga tubería metálica de agua o la malla de puesta a tierra de una subestación eléctrica.

Método de los tres puntos: En esta técnica, se necesitan dos electrodos auxiliares con resistencias r2 y r3, y r1 es la resistencia del electrodo que se desea evaluar. Utilizando el método de los dos puntos, se mide la resistencia entre cada par de electrodos, y se les asignan los valores r12, r13 y r23, conforme a las siguientes ecuaciones:

r12 = r1 + r2 r13 = r1 + r3 r23 = r2 + r3

Obteniéndose que:

Es aconsejable que las resistencias de los electrodos r1, r2 y r3 sean similares para garantizar resultados precisos. Si los dos electrodos auxiliares presentan resistencias mucho mayores que el electrodo que se está evaluando, los errores en las mediciones individuales pueden incrementar y afectar la precisión de los resultados finales. Además, este método puede arrojar valores inexactos, como resistencia cero o negativa, si no se mantiene una distancia adecuada entre los electrodos.

Para evitar errores, se sugiere mantener una distancia mínima de 5 metros entre los electrodos, aunque distancias de 10 metros o más son preferibles. Este método no es ideal para medir electrodos de puesta a tierra que cubren áreas extensas, dado que puede resultar impreciso. En tales casos, existen otras técnicas de medición que ofrecen resultados más fiables y precisos.

Método de la caída de potencial: Este es uno de los métodos más comunes y confiables para medir la resistencia e impedancia de puesta a tierra, y es ampliamente reconocido por su fiabilidad cuando se aplica correctamente.

El procedimiento involucra inyectar una corriente desde el electrodo que se está evaluando hacia otro electrodo auxiliar (conocido como electrodo de corriente), que se coloca a una distancia "D" en un área remota. La diferencia de potencial se mide entre el electrodo en evaluación y un segundo electrodo auxiliar (denominado electrodo de potencial) que se ubica a una distancia “X”. La resistencia de puesta a tierra se calcula dividiendo la diferencia de potencial medida entre la corriente inyectada. Para asegurar resultados precisos, es crucial que el electrodo bajo prueba y los electrodos auxiliares de potencial y corriente estén alineados correctamente.

Este método tiene varias variantes y es favorecido por su confiabilidad y precisión cuando se implementa de manera adecuada.

Para realizar la medida usando el método de la caída de potencial, inicialmente se entierra el electrodo de potencial cerca del electrodo que se está evaluando. Luego se inyecta la corriente y se mide la diferencia de potencial, de esta manera se obtiene un valor preliminar de la resistencia de puesta a tierra. Este proceso se repite, moviendo el electrodo de potencial a lo largo de la línea entre los electrodos y registrando mediciones sucesivas hasta que alcanza el electrodo de corriente.

Los valores medidos se grafican, colocando la resistencia de puesta a tierra en función de las distancias del electrodo auxiliar de tensión. Esto resulta en una curva que presenta una zona prácticamente horizontal en su parte central, donde se encuentra el valor auténtico de la resistencia de puesta a tierra del electrodo en cuestión.

Para lograr esta zona horizontal en la curva, el electrodo auxiliar de corriente debe colocarse a una distancia de entre 5 (según IEEE Std 81 de 2012) y 6.5 (según RETIE de 2013) veces la mayor dimensión del electrodo de puesta a tierra que se está midiendo. Si no se observa esta zona horizontal, se debe aumentar la distancia del electrodo de corriente. En un terreno homogéneo, se ha comprobado que el valor de la resistencia se encuentra cuando el electrodo de potencial está situado al 61.8% de la distancia entre el electrodo bajo prueba y el electrodo de corriente, dando lugar al método del 62%.

En el caso de aplicar este método a torres de líneas de transmisión, es crucial considerar que si se utiliza un telurómetro de baja frecuencia, es necesario desconectar los cables de guarda. Sin embargo, con un telurómetro de alta frecuencia (25 kHz), no es necesario realizar la desconexión.

Método del 62%: Esta es una variante simplificada del método de la caída de potencial. Implica tomar tres medidas de la resistencia de puesta a tierra, posicionando el electrodo auxiliar de potencial al 62% de la distancia entre el electrodo que se está evaluando y el electrodo auxiliar de corriente (distancia D). Para verificar la precisión, se toman medidas adicionales colocando el electrodo de potencial al 52% y al 72% de la distancia D. El valor registrado al 62% de D debería estar contenido (y preferiblemente ser intermedio) entre los valores obtenidos al 52% y al 72% de D, y los tres valores deben ser muy similares. La resistencia de puesta a tierra reportada será el promedio de las tres medidas tomadas al 62% de D, sin reubicar los electrodos auxiliares.

Similar al método de la caída de potencial, la ubicación del electrodo auxiliar de corriente debe estar a una distancia de entre 5 (según IEEE Std 81 de 2012) y 6.5 (según RETIE de 2013) veces la mayor dimensión del electrodo de puesta a tierra que se está evaluando.

Método de la pendiente: Esta técnica es otra adaptación del método de la caída de potencial y es específicamente útil para medir grandes mallas de puesta a tierra donde no es práctico posicionar el electrodo auxiliar de corriente a una distancia extensa, como se sugiere en el método de la caída de potencial tradicional. Se encuentra detallado en la IEEE Std 81 de 2012.

Para entender cómo se implementa este método:

a) Determine un punto adecuado en la malla de puesta a tierra a evaluar para realizar las mediciones, manteniendo alineados los electrodos. Establezca una distancia CP, al menos dos veces la diagonal de la malla (o su longitud más extensa si no es rectangular), para posicionar el electrodo auxiliar de corriente (C).

b) Registre las resistencias R1, R2 y R3 situando el electrodo de potencial (P) a distancias desde el punto inicial de 0.2CP, 0.4CP y 0.6CP, respectivamente.

c) Determine el coeficiente de variación de pendiente μ con la fórmula: μ = (R3 - R2) / (R2 - R1).

d) Consulte en la Tabla 1 el valor correspondiente de PPt / CP basado en el coeficiente "μ" obtenido.

e) Evalúe la resistencia posicionando el electrodo de potencial a una distancia PPt desde el punto de inicio (calculada como [(PPt / CP)*CP]). Esta resistencia medida representa la resistencia auténtica de puesta a tierra.

f) Para corroborar la precisión de la medición, modifique (incrementando) la distancia CP y realice de nuevo el proceso. La nueva resistencia identificada debe ser similar a la previamente registrada. Si no concuerdan, es conveniente extender aún más la distancia CP y repetir los pasos.

Medición de impedancia de puesta a tierra: Esta es una adaptación del método de la caída de potencial, y se utiliza especialmente para medir la impedancia de puesta a tierra de torres de líneas de transmisión sin la necesidad de desconectar el cable de guarda. Esta práctica está respaldada por la sección 12.6 de la IEEE Std 81 de 1983 y es un requisito conforme al numeral 15.5.2 del RETIE.

La técnica implica el uso de un telurómetro de alta frecuencia que inyecta corriente a 25 kHz. Esta alta frecuencia permite, a través de efectos inductivos, el desacoplamiento de los cables de guarda, facilitando la medición de la impedancia sin interferencias.

Se puede implementar cualquiera de los tres métodos previamente descritos (dos puntos, tres puntos, caída de potencial) con la adaptación de utilizar un telurómetro de alta frecuencia para realizar las mediciones. Esto asegura una evaluación precisa de la impedancia de puesta a tierra mientras se mantiene conectado el cable de guarda, garantizando así la integridad y seguridad del sistema eléctrico durante el proceso de medición.

ADVERTENCIA: Es importante notar que los telurómetros, en su configuración de fábrica, están configurados para longitudes y calibres específicos de cable, los cuales tienen una resistencia que ya ha sido compensada en el equipo para evitar la introducción de resistencias adicionales durante la medición. Sin embargo, se ha popularizado una práctica de utilizar cables de mayor longitud para medir sistemas de puesta a tierra más extensos, sin considerar que esto puede introducir resistencias adicionales debido a la longitud extendida de los cables. Esto es particularmente cierto para los cables que se conectan a la malla de puesta a tierra y puede variar según el método de medición utilizado, lo que a su vez puede introducir errores en las mediciones reportadas. A continuación, se ilustrará esta situación de manera gráfica:

En el esquema mostrado en la Figura 6, se observa que la diferencia de potencial se mide entre el punto de conexión a la malla y el electrodo de potencial Ep. Sin embargo, en la Figura 7, la medición de la diferencia de potencial se realiza entre el puente interno C1P1 del equipo y el electrodo de potencial Ep. Esto resulta en que la caída de potencial a través de la resistencia del conductor, entre el puente y la malla, no se incluye en la medición.

Este escenario puede presentar problemas, especialmente si se utiliza un cable diferente (comúnmente de mayor longitud) al que el equipo trae por defecto. En tal caso, la medición no estará compensada para la resistencia adicional introducida por el cable más largo, lo que puede llevar a una lectura incorrecta de la resistencia de puesta a tierra.

Es fundamental tener en cuenta estas variables para garantizar la exactitud de las mediciones. Adaptar la metodología o recalibrar el equipo para compensar cualquier resistencia adicional puede ser necesario para asegurar que las lecturas de resistencia de puesta a tierra sean precisas y representativas de las condiciones reales del sistema de puesta a tierra. Esto es esencial para asegurar la seguridad y la eficacia operativa del sistema eléctrico en su conjunto.

Método de medición con pinza: En numerosas ocasiones, las mediciones se deben realizar en electrodos de puesta a tierra que ya están en funcionamiento y, por ende, interconectados con otros electrodos. Es probable que la puesta a tierra de interés esté en serie con el “paralelo” de otros sistemas de puesta a tierra, complicando la desconexión para la medición debido a los riesgos y dificultades asociados.

En estas situaciones, se puede optar por el uso de una pinza de medición de resistencia a tierra o pinza de inducción. Esta herramienta permite realizar mediciones precisas sin necesidad de desconectar físicamente el sistema de puesta a tierra. Es una opción segura y eficiente para evaluar la resistencia a tierra en sistemas que ya están operativos y conectados, minimizando los riesgos y asegurando la integridad del sistema eléctrico durante el proceso de medición.

Esta modalidad de medición es práctica y favorece la eficiencia operativa, siendo especialmente útil en escenarios donde la desconexión para la medición no es viable o segura. Con la pinza de medición, los profesionales pueden obtener lecturas precisas de la resistencia a tierra manteniendo la continuidad operativa y la seguridad del sistema.

Rx representa la resistencia de la puesta a tierra que se está analizando, y debido a su conexión al sistema, se halla en serie con el paralelo de otras puestas a tierra en la red de distribución.

La pinza actúa induciendo una tensión V que a su vez genera una corriente I, como se muestra en la Figura 8. El dispositivo muestra el valor de la resistencia a tierra calculado a partir de la relación entre esta tensión inducida y la corriente generada. Por lo tanto, tenemos:

En este contexto, se asume que hay numerosos electrodos de puesta a tierra en paralelo cuya resistencia equivalente es mínima (<< 1 Ω) en comparación con la resistencia de puesta a tierra que se está midiendo, y por lo tanto, se puede desconsiderar. Si no fuera así, el error en la medición sería significativo.

La pinza, en esencia, mide dos resistencias en serie: la resistencia que se desea determinar y la resistencia equivalente del sistema, como se muestra en la Figura 9. Esta medición proporciona una estimación cercana al valor real de la resistencia de puesta a tierra que se busca evaluar.

Un error común en las mediciones de puesta a tierra utilizando pinza de inducción se presenta cuando existen bucles de tierra. Estos bucles pueden proporcionar un camino cerrado para la corriente inducida por la pinza, evitando que pase a través del terreno. Como resultado, el medidor no refleja la impedancia a tierra real. La Figura 10, extraída de (IEEE 81, 2012), muestra un ejemplo típico de esta situación. Es común en torres de comunicaciones, donde cada cable de soporte está conectado a tierra por medio de un electrodo vertical tipo varilla de puesta a tierra, y todos están interconectados formando un bucle.

Método de medición con pinza selectiva: Un desafío recurrente en la medición de la resistencia de puesta a tierra surge cuando se necesitan determinar los valores individuales de resistencia en sistemas interconectados. Para calcular el valor individual de la resistencia a tierra de un electrodo específico (o uno de los sistemas interconectados) en estudio, es esencial identificar la cantidad exacta de corriente de medición que circula por él. Por esta razón, se introduce el uso de una pinza de corriente adicional para registrar la porción de corriente (a la frecuencia de inyección) que fluye a través del electrodo de interés. Así, conociendo esa corriente y la diferencia de potencial entre el electrodo (o sistema de tierra) y el electrodo de potencial, el telurómetro puede mostrar la resistencia de puesta a tierra específica de ese electrodo (o sistema de tierra) en particular.

En este método, es imperativo asegurar que la inyección de corriente por el electrodo "C" tenga una frecuencia distinta a la frecuencia industrial (60 Hz o 50 Hz), y que la pinza seleccione la corriente específica a esa frecuencia de medición. Esto es crucial para evitar errores en la medición, los cuales podrían ser causados por corrientes que circulan a través del sistema de puesta a tierra.

La diferencia principal entre este método y el que utiliza una pinza (o dos en algunos equipos) de inducción es que, en el caso de la pinza de inducción, la precisión de la medida es afectada por la cantidad de otros sistemas de puesta a tierra en paralelo. En contraste, para el método de la pinza de corriente selectiva, esto no es un factor. La única desventaja de este último método es que utiliza electrodos de potencial y de corriente que deben establecer un muy buen contacto con el terreno para garantizar medidas precisas.

ADVERTENCIA DE SEGURIDAD: Es vital enfatizar la importancia de la seguridad durante estas operaciones. Siempre que se aplique cualquier método de medición de resistencia o impedancia de puesta a tierra, se debe hacer uso adecuado de los equipos de protección personal (EPPs) y nunca realizar medidas en condiciones atmosféricas adversas para garantizar la seguridad del personal involucrado.

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