Ingeniería de Máquinas y Sistemas Eléctricos: Medición de la Resistencia de Electrodos de puesta a tierra

Introducción

Antes de comenzar las pruebas, es necesario establecer los requisitos precisos de los resultados a obtener, esto afectará al número de pruebas necesarias.

Intentaremos realizar la medida mediante el método de «caída de potencial» y si es posible se realizará mediante la regla del 61,8 %.

Si estos resultados de prueba no son satisfactorios será necesario realizar el método «de la pendiente». Todos los resultados podrían ser registrados y analizados en el sitio y si es necesario, se repetiría alguna prueba ya hecha.

En general, para grandes áreas de electrodos utilizaremos el método de la «intersección de curvas».

Ccomprobación de resistencias de cables y de contacto de picas.

En un medidor de tierras existen unos terminales de inyección de corriente y otros de medida de potencial (figura 1). Antes de la prueba tendremos que compensar las resistencias de contacto de las picas y las resistencias de los cables a utilizar.

Figura 1: Sinóptico del medidor de tierras (Telurómetro)

a) Compensación de cables:

Éste es un dato que se tomará en cuenta en el resultado final.

Uniremos C1 y P1 en el instrumento de medida y haremos lo mismo con C2 y P2, conectaremos el cable de medida entre C1 - P1 y C2 - P2 (figura 2), a continuación haremos la lectura: esta lectura será la resistencia del cable que habrá que deducir de los valores obtenidos en mediciones posteriores.

Notas: El único que interviene y afecta la medida es el que desde C1 - P1 va hasta el punto de medida.

Figura 2: Medición de la resistencia del cable de medida.

b) Resistencias de contacto de las picas de inyección y medida:

Esta resistencia debemos procurar siempre que sea la mínima posible, ya que, si bien su valor no influye en la medida sí afecta a la sensibilidad del aparato y ésta es variable según marcas y modelos. Para fines prácticos bastará emplear unas picas auxiliares de redondo de acero de 400 mm de longitud y 14 mm Ø aproximadamente.

Método de la caída de potencial.

Este método será utilizado para la mayoría de los electrodos de tierra, y no se utilizará cuando los electrodos de prueba cubran una gran área (figura 3).

a) Conectar el electrodo bajo prueba a los terminales C1 y P1.

b) Llevar la pica de corriente C tan lejos como sea posible del electrodo bajo prueba (E). Conectar esta pica al terminal C2 del medidor de tierras.

c) Llevar la pica de potencial (P) a mitad de camino entre E y C, sobre la recta que les une. Conectar el cable de esta pica al terminal P2 del medidor de tierras.

d) Realizar la medida, siendo ésta la resistencia R1.

e) Poner la pica (P) a una distancia igual al 40% de EC desde E y tomar una segunda lectura, (R2).

f) Poner la pica P a una distancia igual al 60% de EC desde E, y tomar una tercera lectura (R3).

g) Calcular el valor medio de R1, R2 y R3 (R media).

h) Restar a R3 el valor medio y expresarlo como un porcentaje de la R media.

i) Si el porcentaje es 1,2 veces más pequeño que la precisión requerida del resultado, entonces la R media puede ser tomada como la resistencia de tierra, con esta precisión.

j) Si esto no es así, entonces poner C más lejos de E, o usar el método «de la pendiente».

Figura 3: Método de la caída de potencial

Regla del 61,8%

Si conocemos el centro eléctrico del electrodo, entonces podemos realizar la medida situando el electrodo P al 61,8% de EC desde E, valiéndonos la medida obtenida como resultado aproximado. En realidad, como normalmente se desconoce el centro eléctrico, no se podrá aplicar este método.

Método de la pendiente

Si el método de la caída de potencial falla por no dar suficiente precisión, el método de la pendiente, designado en su mayor parte para sistemas de electrodos que cubren una gran área, podrá ser utilizado (figura 4).

a) Conectar C1 y P1 al electrodo bajo prueba, como en el método anterior.

b) Tomar lecturas situando la pica P a las distancias: 20%, 40% y 60% desde el electrodo E. Estas lecturas son: R1, R2 y R3 respectivamente.

Para mayor exactitud se pueden hacer medidas al 90%, 80%, 70% de Ec, obteniendo también los valores R1, R2 y R3.

Los valores R2 y R3 son similares a los hallados en el primer método («caída de potencial»), sin embargo, ahora los valores en lugar de promediarlos, hallaremos el valor µ.

c) Cálculo de:

d) Multiplicar P/C por EC y obtener la distancia EP. (Para el valor de µ aparece un valor de P/C en las tablas del Dr. TAGG, en anexos).

e) Poner la pica de potencial a la distancia EP hallada, y tomar la lectura. Esta lectura es la resistencia de tierras del electrodo bajo prueba, y éste será el resultado.

f) Repetir el procedimiento variando EC. Comparar los resultados de las dos pruebas.

SEGURIDAD.

Es prudente que el electrodo bajo prueba no esté en conexión con el sistema que protege, puede ser peligroso en caso de fallo.

Figura 4: Método de la pendiente

EP	MEDIDA
20% EC	R1
40% EC	R2
60% EC	R3

- Cálculo

- Ver en la tabla = P/C (En anexos)

- Multiplicar P/C · EC = EP

- Situar P a la distancia EP, y ésta será la R de la tierra del electrodo.

Medidas de resistencias de grandes electrodos de tierras. "Método de intersección de curvas".

Según el Dr. G.F.TAGG, en su libro PROC. IEE, vol. II, nº 12 de Diciembre de 1964, dice que la verdadera resistencia de tierra de un sistema de electrodos se obtiene cuando la pica de potencial P está situada a una distancia del centro eléctrico del sistema, igual al 61,8% de la distancia desde el centro eléctrico hasta la pica de corriente C.

Esta idea de la regla del 61,8% la vamos a utilizar también para medidas de tierras de grandes electrodos. Vamos a tener problemas de limitación de espacio, para la situación de las picas.

Los procedimientos para este método son los que siguen (figura 5):

Figura 5: Método de intersección de curvas

a) Elegimos E de forma arbitraria dentro del sistema de electrodos.

b) Llevamos C lo más lejos posible que se pueda.

c) Hacer todas las medidas, situando P al 10%, 20%, 30%, etc., hasta el 90% de EC (figura 6).

d) Dibujar los valores de R obtenidos a las diferentes distancias, de ellos deduciremos la curva EC1.

e) Repetiremos el proceso con la misma E (o punto de contacto de la malla de electrodos) y otra distancia C. Obtendremos la curva EC2, de forma similar a la anterior.

f) Repetiremos con nuevos valores de EC, obteniendo EC3 (figura 7).

Figura 6

Figura 7

g) Estas tres curvas puede ocurrir que se corten en un punto (figura 8), el cual será el valor de resistencia requerida como resultado. Sin embargo esto no es lo normal. La teoría del Dr Tagg introduce un nuevo concepto que es el valor λ que es la distancia entre nuestro punto E y el punto de electrodo equivalente del sistema. Haremos la transformación con nuestras tres curvas halladas anteriormente.

Realizaremos la transformación siguiente, utilizando la regla del 61,8%:

Figura 8

Figura 9

Para cada una de las tres curvas anteriores, sabiendo EC y los diferentes valores de EP obtendremos una curva R en función de λ, como se observa en la figura 9.

El verdadero valor de resistencia será el punto de intersección o centro del área comprendida entre curvas.

h) Los valores de λ pueden darnos resultados negativos, pero el valor de resistencia será igualmente válido.

i) Para saber la distancia exacta EP, sustituiremos en la fórmula el valor de λ hallado.

EP = 0,618 ECN − 0,382 λ

Pudiendo utilizarse este valor EP, para posteriores medidas de mantenimiento.

j) A todas las medidas anteriormente realizadas, habrá que introducir el factor de corrección anteriormente descrito: la resistencia del cable de medida.

Anexo

Tabla de valores de p/c para distintos valores de «µ»