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UNIVERSIDAD FERMIN TORO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE TELECOMUNICACIONES Procedimientos para la medición de resistividad de tierra Alumna Ruth Hernández CI: 19551430 Resistividad y resistencia del suelo Antes de nombrar los procedimientos para mediciones de la resistencia de la tierra es importante definir conceptos básicos, como lo son la resistividad eléctrica del suelo, esta es aquella que se opone al paso de la corriente por ella. La conductividad por su parte es la facilidad que encuentra la corriente durante su paso Uno de los factores más importante de la resistencia a tierra no es el electrodo en sí, sino la resistividad del suelo mismo, por esto es indispensable conocerla para poder calcular y diseñar sistemas puesta tierra . El suelo es una mezcla de . Y otros materiales orgánicos e inorgánicos, esta mezcla de elementos hace que la resistividad del suelo aparte de depender de su propias composición interna dependa de factores externos tales como : El cual llega a causar que el suelo presente resistividades diferentes con el paso del tiempo. La resistividad del suelo varia a lo largo y ancho del globo terrestre, estando determinada por: Sales solubles Composición propia del terreno Estratigrafía Granulometría Estado higrométrico Temperatura Compactación SALES SOLUBLES Uno de los factores determinantes de la resistividad del suelo es su cantidad de electrolitos; ésto por la cantidad de humedad, minerales y sales disueltas. Todos los suelos fértiles contienen por lo menos pequeñas cantidades de sales solubles COMPOSICIÓN DEL TERRENO La composición del terreno va a estar determinada por la naturaleza del mismo, y estos van a tener valores dependiendo del tipo ejemplo ( suelo de arcilla, terreno rocoso y otros ) y estos diferentes tipos de suelos influyen en conseguir una resistencia de tierra aceptables mediante la aplicación de ciertas cantidades de varillas de electrodos . ESTRATIGRAFÍA El terreno esta dividido por capas y estas capas van a variar, normalmente una varilla de electrodo tiene una longitud de aproximadamente 3 m y en el recorrida de esta al menos se van a encontrar dos capas diferentes de suelos. GRANULOMETRÍA Esta es la medición de los granos de una formación sedimentaria y va a Influir bastante de gran manera sobre la porosidad y el poder retenedor de humedad y sobre la calidad del contacto con los electrodos aumentando así la resistividad con el mayor tamaño de los granos de la tierra. ESTADO HIGROMÉTRICO En los suelos la cantidad de agua y humedad presentes van a influenciarlo de forma apreciable. Estos valores vana a ser distintos según el clima, época del año, profundidad y el nivel freático. Un ejemplo de esto es que la resistividad del suelo se eleva considerablemente cuando el contenido de humedad se reduce a menos del 15% del peso de éste. Pero, un mayor contenido de humedad del 15% mencionado, causa que la resistividad sea prácticamente constante. También se puede tener el caso de que en tiempo de secas, un terreno puede tener tal resistividad de que no pueda ser empleado para el sistema de puesta tierras. Por ello, el sistema debe ser diseñado tomando en cuenta la resistividad en el peor de los casos. TEMPERATURA En el caso de los suelos cuando ocurre un aumento de la temperatura va a notarse un aumento de la resistividad del terreno y ese aumento se nota aún más al llegar a 0° C, hasta el punto que, a medida que es mayor la cantidad de agua en estado de congelación, se va reduciendo el movimiento de los electrolitos los cuales van a influir en la resistividad de la tierra . COMPACTACIÓN La resistividad del terreno va a disminuir al aumentarse la compactación del mismo. Por esto se procurará cuando se procesa a realizar la instalación de los electrodos hacerlos en los terrenos más compactos posibles. MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO Cabe destacar que la medición de la resistividad del terreno no es requisito para hacer un sistema puesta a tierra. Aunque para diseñar un sistema de puesta tierra de gran tamaño es aconsejable encontrar el área de más baja resistividad para lograr la instalación más económica. Para la medición de la resistividad del suelo se requiere de un terrómetro (llamado en otros países: telurómetro) o Megger de tierras de cuatro terminales. Los dispositivos de mayor uso de acuerdo a su principio de operación pueden ser de 2 tipos: del tipo de compensación de equilibrio en cero y el de lectura directa. Los termómetros deben inyectar una corriente de frecuencia que no sea de 60 Hz para evitar que se midan voltajes y corrientes que no se deban al aparato sino a ruidos eléctricos. También puede suceder que cuando los electrodos de prueba están mal conectados o tienen falsos contactos al momento de conectarlos a tierra estos darán señales falsas de corriente y voltaje. Si hay corrientes distintas a las que envió el aparato, éste leerá otras señales de voltaje y corriente que no son las adecuadas. En estos dispositivos se pueden presentar oscilaciones en sus lecturas y así no poder leerlas. Estos aparatos inteligentes llevan conductores blindados coaxiales también tienen sistemas de filtraje de análisis y mide lo que encuentra, pero esa información la analiza, la filtra y luego la deduce. Por ejemplo, para hacer una medición manda una señal de 100 Hz y mide; luego manda otra señal de 150 Hz y vuelve a medir y puede seguir enviando otras altas frecuencias hasta que los valores van siendo similares formando así una estadística y obtiene un promedio final. Los terrómetros son analógicos o digitales El valor de la resistencia de puesta a tierra es prácticamente la resistencia del volumen del material del terreno que rodea el elemento de la puesta a tierra hasta una distancia aproximada de 5 m. Las mediciones de la resistencia de tierra deben realizarse no solo durante la energización, sino periódicamente para determinar las posibles variaciones que se producen con el tiempo. VALORES DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA. Para un buen diseño de sistema puesta a tierra se debe garantizar el control de las tensiones de paso, de contacto y transferidas. Ya que el valor de la resistencia de puesta a tierra va a ser un indicador que limita directamente la máxima elevación de potencial y controla las tensiones transferidas, pueden tomarse como referencia los valores máximos de resistencia de puesta a tierra de la Tabla 25, los cuales son adoptados de las normas técnicas IEC 60364-4-442, ANSI/IEEE 80, NTC 2050 y NTC 4552. APLICACIÓN Estructuras de líneas de transmisión. Subestaciones de alta y extra alta tensión. Subestaciones de media tensión. Protección contra rayos. Neutro de acometida en baja tensión. VALORES MÁXIMOS DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 20 Ω 1Ω 10Ω 10 Ω 25 Ω Las mediciones de la resistencia a tierra de los electrodos es una técnica que requiere conocer aparte del método de medición, algunos factores que afectan los resultados de las mediciones que son: El tipo de prueba. El tipo de aparato empleado. El lugar físico de las puntas de prueba TIPO DE APARATO. No todos los aparatos de medición de resistencia a tierra trabajan de la misma manera, existen diferencias muy marcadas en el tipo de corriente empleada. A manera de ilustrar estas diferencias, los aparatos más utilizados en nuestro medio son el Vibroground y el Megger de tierras. Ambos emplean corriente alterna para la medición pero el primero a una frecuencia de 25 Hz, el último a 133 Hz. Y los voltajes en circuito abierto son respectivamente de 120 y 22 Volts. LUGAR FISICO Las varillas de los electrodos de los instrumentos de medición pueden ser colocadas en muchas direcciones con una infinidad de distancias entre ellas. Aunque sea el caso de el mismo punto de medida las lecturas no serán idénticas; a veces ni en terrenos vírgenes debido a la presencia de corrientes de agua o de capas de distinta resistividad. En los terrenos industriales es aún mayor la diferencia debido a la presencia de objetos metálicos enterrados como tuberías, varillas de construcción, rieles, canalizaciones eléctricas, etc. TIPO DE PRUEBA Todos los resultados son aproximados y se requiere cuidado tanto con el equipo de prueba como con la selección de los puntos de referencia de la puesta a tierra. Dentro de los métodos para la medición de las impedancias de puesta a tierra se conocen los siguientes: Método de la tierra conocida. Método de los tres puntos. Método de la caída de potencial. Método de la relación. MÉTODO DE LA TIERRA CONOCIDA. Este método consiste en encontrar la resistencia combinada entre el electrodo a probar y uno de resistencia despreciable. Figura 1. Método de la tierra conocida. Rx+Ro Para este método se hace circular una corriente entre las dos tomas de tierra, esta corriente se distribuye en forma similar a las líneas de fuerza entre polos magnéticos. El problema en este método es encontrar los electrodos de resistencia conocida y los de resistencia despreciable. MÉTODO DE LOS TRES PUNTOS O TRIANGULACIÓN. Este método consiste en enterrar tres electrodos (A, B, X) estos se dispondrán en forma de triángulo tal como se muestra en la figura 2 y se medirá la resistencia combinada de cada par: X+A, X+B, A+B, siendo X la resistencia de puesta a tierra buscada y A y B las resistencias de los otros dos electrodos conocidas. Figura 2 . Método de las tres puntas. El valor de las resistencias en serie de cada par de puntos de la puesta a tierra en el triángulo será determinada por la medida de voltaje y corriente a través de la resistencia. Así quedan determinadas las siguientes ecuaciones: R1= X+A R2= X+B R3= A+B De donde X= (R1+R2-R3)/2 Este método es conveniente para medidas de resistencias de las bases de las torres, tierras aisladas con varilla o puesta a tierra de pequeñas instalaciones. No es conveniente para medidas de resistencia bajas como las de mallas de puesta a tierra de subestaciones grandes. El principal problema de este método es que A y B pueden ser demasiado grandes comparadas con X (A y B no pueden superar a 5X), resultando poco confiable el calculo. MÉTODO DE LA CAIDA DE POTENCIAL. Figura 3. Método de la caída de potencial. Este es el método mas empleado, los electrodos están dispuestos como lo muestra la figura 3; E es el electrodo de tierra con resistencia desconocida; P y C son los electrodos auxiliares colocados a una distancia adecuada (). Una corriente (I) conocida se hace circular a través de la tierra, entrando por el electrodo E y saliendo por el electrodo C. La medida de potencial entre los electrodos E y P se toma como el voltaje V para hallar la resistencia desconocida por medio de la relación V/I . La resistencia de los electrodos auxiliares se desprecia, porque la resistencia del electrodo C no tiene determinación de la caída de potencial V. La corriente I una vez determinada se comporta como contante. La resistencia del electrodo P, hace parte de un circuito de alta impedancia y su efecto se puede despreciar. MÉTODO DE LA RELACIÓN. En este método la resistencia a medir es comparada con una resistencia conocida, comúnmente usando la misma configuración del electrodo como en el método de la caída de potencial. Puesto que este es un método de comparación, las resistencias son independientes de la magnitud de corriente de prueba. La resistencia en serie R de la tierra bajo prueba y una punta de prueba, se mide por medio de un puente el cual opera bajo el principio de balance a cero.