Universidad Fermín Toro

Decanato de IngenieríaEscuela de EléctricaCabudare Edo. Lara

MEDICIONES ELECTRICAS

Integrante:José Javier González F.

C.I: 16.643.907

Profesora: Rosalba Siracusa

MÉTODOS PARA REALIZACIÓN DE MEDICIONES DE PUESTA A TIERRA

Un buen sistema de puesta a tierra es necesario para mantener

buenos niveles de seguridad del personal, operación de los equipos y

desempeño de los mismos.

En sistemas de potencia la puesta a tierra mantiene la referencia

necesaria. La forma en que el sistema se conecta a tierra puede tener

un gran efecto en la magnitud de los voltajes de línea a tierra que

deben ser mantenidos en condiciones normales y bajo condiciones

transitorias. En sistemas no puestos a tierra, algunas tensiones pueden

provocar fallas en el aislamiento de los equipos y sistemas. La puesta

a tierra del neutro del sistema permite la operación de sistemas de

protección basados en la detección de corrientes que circulan por

la misma, despejándose así el circuito bajo falla.

PREAMBULO

La puesta a tierra de los equipos se refiere a la conexión intencional de las carcasas, bastidores o estructuras metálicas no portadores o transmisores de corriente de los mismos, para lograr los siguientes propósitos:

Mantener una diferencia de voltaje baja entre las diferentes estructuras metálicas con lo que se busca resguardar al personal de cualquier choque eléctrico. En el momento de una falla de un elemento energizado a un bastidor, por ejemplo, el voltaje de dicho bastidor tiende a igualarse al del conductor energizado, si el primero no está debidamente conectado a tierra; constituyendo un serio peligro para el personal del área. Por supuesto, esto debe combinarse con buenos relés de protección de falla a tierra.

Contribuir a un mejor desempeño de los sistemas de protección.

POR QUE EL SISTEMA PUESTA A TIERRA?

Evitar incendios provocados por materiales volátiles o la combustión de gases al proveer un camino efectivo y seguro para las circulación de corrientes de falla y descargas atmosféricas y estáticas y así eliminar los arcos y elevadas temperaturas en los equipos eléctricos, que pueden provocar tales incendios.

Buen desempeño de equipos. En los sistemas o redes de Computación una buena puesta a tierra no sólo mantiene la seguridad del personal y provee de un camino de baja impedancia para las corrientes de falla, sino que también mantiene el mismo nivel de potencial de tierra en todas las unidades del sistema, si estas están conectadas entre sí a tierra al mismo tiempo.

RESISTENCIA DE UN ELECTRODO Y ALGUNOS ARREGLOS DE PUESTA A TIERRA

La resistencia de tierra de un electrodo esta compuesta de tres factores: • La resistencia del propio electrodo (metal) • La resistencia de contacto del electrodo con la tierra • La resistencia del suelo, desde la superficie del electrodo hacia afuera, en el espacio por donde circula la corriente, tierra circundante, desde el electrodo hacia el infinito. En siguiente figura se muestra un electrodo simple con su esfera de

influencia

La resistencia del electrodo y su conexión es muy baja ya que los electrodos son

hechos de un material bastante conductivo y bajo en resistencia, como el cobre.

La resistencia de contacto del electrodo con la tierra es también bastante baja si

el electrodo está libre de pintura, grasa, etc, y el electrodo esta firmemente enterrado. En cuanto a la resistencia con la tierra circundante se tiene que ésta es la

que tiene mayor valor de las tres. El electrodo es rodeado por conos

concéntricos de un mismo espesor (como se observa en las figuras 1 y 2). Los conos más cercanos al electrodo tienen menor área y por tanto mayor resistencia.

Cada cono subsecuente posee mayor área y contribuyen con menor resistencia. Finalmente hay un punto donde la suma de los conos más lejanos no

implica un aumento apreciable en la resistencia total del electrodo de tierra.

Si consideramos un electrodo puntual en la superficie de un terreno homogéneo de resistividad ρ (Figura 2), el potencial V1 a una distancia r1 del mismo (debido a una corriente inyectada, I) será:

V1 = (ρ.I) / 2π 1 / r1∗Y a otra distancia r2 > r1, el potencial será:V2 = (ρ.I) / 2π 1 / r2∗La resistencia entre ambas capas será:R = (V1-V2) / Z = ρ (r1 –r2) / 2π r1 ∗ ∗ ∗r2Al diferir r1 y r2 una cantidad muy pequeña, dr, se tiene:R = ρ dr / 2π r 2∗ ∗ ∧

De aquí se observa que la corriente I va atravesando sucesivamente capas oconos cuyas resistencias decrecen con el cuadrado de la distancia. Por ello lascapas de mayor radio contribuyen poco en la resistencia total, que dependeráesencialmente de las capas más próximas al electrodo.

ARREGLOS O TIPOS DE SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Existen dos tipos de sistemas de puesta a tierra; simples y complejos. Los simples consisten en un electrodo aislado enterrado. Este sistema es el más utilizado y se puede encontrar en sitios residenciales. Los sistemas complejos consisten en un conjunto de electrodos interconectados, mallas, platos de tierra y lazos o anillos de tierra. Estos últimos son instalados normalmente en subestaciones, oficinas centrales y centros de telecomunicaciones. En la Figura 3 se pueden ver algunos ejemplos de estos sistemas de puesta a tierra.

Figura 3: Electrodos de Puesta a tierra. A) Barra b) Arreglo de electrodos en paralelo c) Malla d) Plato

Este método fue desarrollado por Frank Wenner en 1915.

En las Figuras 4 (a) y (b) se describe gráficamente el método de Wenner. Estos electrodos deben ser colocados en línea recta a una misma distancia entre ellos, a, y a una misma profundidad, b. Las mediciones dependerán de la distancia entre electrodos y del contacto de estos con la tierra. La distancia b no debe exceder un décimo de la distancia a.

El método consiste en inyectar una corriente conocida por los electrodos de prueba C1 y C2. Entre los electrodos de prueba P1 y P2 se mide la diferencia de potencial resultante de la inyección de corriente anterior. Con estos datos se puede calcular la resistencia y el valor de la resistividad del terreno, a una profundidad, b, será:

ρ= 2π * A * R si b << a

MÉTODOS PARA REALIZACIÓN DE MEDICIONES DE PUESTA A TIERRA

MÉTODO DE LOS CUATRO ELECTRODOS O MÉTODO DE WENNER

Donde: ρ = Resistividad promedio a la profundidad, b, (Ohm – cm)

π = constante 3.1416

a = distancia entre los electrodos (cm)

R = Resistencia medida por el Megger (Ohm)

Como los resultados de la medición son normalmente afectados por materiales metálicos enterrados, se recomienda realizar la medición varias veces cambiando el eje de los electrodos unos 90°. Cambiando la profundidad y distancia de los electrodos se puede tener un valor de resistividad más aproximado al real y con ello un mejor diseño del sistema de puesta a tierra a construir.

La medición de la resistividad del suelo es comúnmente distorsionada por la existencia de corrientes de tierra y sus armónicas. Para corregir esto, muchos equipos tienen un sistema de control de frecuencia que permite seleccionar la frecuencia de medición con la menor cantidad de ruido y así obtener una medición clara.

Figura 4: (a) Megger e instalación de Electrodos (b) Funcionamiento del Método Wenner.

(a)

MÉTODO DE LOS DOS PUNTOS O DOS POLOS

En este método se mide el total de la resistencia del electrodo en estudio más la resistencia de un electrodo auxiliar. La resistencia del electrodo auxiliar se considera muy pequeña comparada con la del electrodo en estudio y por tanto el resultado de la medición es tomado como la resistencia del electrodo en estudio.

Normalmente este método se utiliza para determinar la resistencia de un electrodo simple en un área residencial donde se tiene además un sistema de suministro de agua que utiliza tuberías metálicas sin conexiones o aislantes plásticos (electrodo auxiliar). La resistencia del sistema de suministro de agua en el área se asume muy pequeña (alrededor de 1 Ohm) en comparación con la resistencia máxima permitida para un electrodo simple (alrededor de 25 Ohm).

Este método tiene algunos inconvenientes, como el hecho de que cada vez más los sistemas de suministro de agua utilizan tuberías plásticas; con lo que se hace más difícil conseguir una tierra auxiliar. Por otra parte no siempre se conoce el recorrido de las tuberías de agua, por lo que las áreas de resistencia del electrodo en estudio y las del electrodo auxiliar podrían solaparse; dando como resultado errores en la lectura. Además, el método de los dos polos puede llevar a grandes errores cuando se intenta medir la resistencia de un electrodo simple de pocos Ohmios.

En la Figura 5 (a) y (b) se ilustra esta técnica. Obsérvese que los terminales C1 y P1 y los terminales C2 y P2 son unidos mediante un puente para realizar esta medición. En equipos modernos el puente es realizado internamente por ellos al seleccionar el tipo de medición o método que se desea realizar.

Figura 5 (a) Figura 5 (b)

Figura 5: (a) Método de los dos Polos (b) Ilustración del método

MÉTODO DE LOS TRES PUNTOS

En la Figura 6 se tiene la ilustración del método de los tres puntos o método de triangulación. En este método se utilizan dos electrodos auxiliares con

resistencias Ry y Rz respectivamente. Estos dos electrodos se colocan de tal forma que conformen un triángulo con el electrodo en estudio. Se miden las resistencias entre cada electrodo y los otros dos y se determina la resistencia del electrodo en estudio, Rx, mediante la siguiente fórmula:

Rx = (R1 + R2 - R3) / 2 Donde R1, R2 y R3 quedan determinadas por las fórmulas indicadas en la

Figura 6. En este método se tratan de utilizar electrodos auxiliares que se presuman sean de resistencia similar al electrodo en estudio para obtener mejores resultados. Igualmente, se clavan los electrodos auxiliares de modo tal que queden todos los electrodos lo suficientemente alejados y no se solapen las áreas de influencia de la resistencia de cada uno y evitar resultados absurdos. Se recomienda una distancia entre electrodos de 8 metros o más cuando se estudie un electrodo simple.

En este método existen influencias marcadas por objetos metálicos enterrados y no existe forma de eliminar dicha influencia. Tampoco es muy efectivo a la hora de evaluar valores bajos de resistencia o valores de resistividad muy altos del terreno involucrado donde la resistencia de contacto de los electrodos sea apreciable.

Otra desventaja es que en este método se considera que el terreno es completamente homogéneo. Por estas razones este método es poco utilizado. Sin embargo, puede ser útil cuando existen limitaciones de espacio y no se pueden colocar los electrodos en línea recta para realizar una medición con el método de caída de potencial, por ejemplo.

Figura 6

Figura 6: Método de los tres puntos

MÉTODO DE CAÍDA DE POTENCIAL

En la Figura 7 se observa la forma en que se instala el Megger para realizar las mediciones por este método. Como se ve, los terminales C1 y P1 están

conectados mediante un puente. En esta figura se presenta el método del 62%, explicado mas adelante.

Figura 7

Figura 7: Método de caída de Potencial

El método consiste en inyectar corriente a través de un electrodo de prueba denominado de corriente y medir el alza de potencial mediante otro electrodo auxiliar denominado de potencial. Conocido el valor de tensión y el valor de corriente se podrá obtener mediante ley de Ohm el valor de resistencia. Los tres electrodos se mantienen en una línea recta y se va corriendo el electrodo de potencial hacia el electrodo de corriente para hacer sucesivas mediciones de resistencia.

MÉTODO DE LA PENDIENTE

Este método es más utilizado para sistemas de puesta a tierra grandes o cuando la posición del centro de la puesta a tierra no es conocido y es inaccesible (por ejemplo; el sistema esta por debajo del suelo de un edificio). También puede ser utilizado cuando el área para colocar los electrodos de prueba está restringida o es inaccesible. También se utiliza cuando otros métodos dan resultados poco razonables y es, en general, más preciso.

La forma de conexión del equipo de medición es como en el método de caída de potencial, con la diferencia de que se hace un barrido más completo con el electrodo de potencial, entre el electrodo de puesta a tierra bajo estudio y el electrodo de corriente.

Se realiza una medición de resistencia en cada posición del electrodo de potencial y los resultados se grafican (resistencia en función de la distancia del electrodo de potencial). En la Grafica 1 se ilustra un ejemplo a manera de ilustración.

En la Gráfica 1 EC es la distancia total, en línea recta, entre el electrodo de puesta a tierra bajo estudio y el electrodo de corriente. Se realizan al menos unas seis medidas. Al observar la gráfica resultante se puede descartar o ignorar cualquier punto considerado absurdo. De la gráfica se puede tomar el valor de resistencia para 0,2EC; 0,4EC y 0,6EC por ejemplo. Estos valores se llamaran R1, R2 y R3 respectivamente y con ello se calcula el coeficiente de la pendiente, μ, como sigue:

μ = (R3-R2) / (R2-R1)

Que es una medida del cambio de la pendiente de la curva de resistencia del electrodo de puesta a tierra bajo estudio.

En el Anexo 3 se tienen las tablas de para obtener el valor de Pt / EC para el valor de μ obtenido. Pt es la distancia al electrodo de potencial en la cual la resistencia real sería medida. Simplemente se multiplica el valor Pt / EC de la tabla por la distancia EC para obtener Pt.

De la curva realizada anteriormente se obtiene el valor de resistencia para la distancia Pt obtenida de la tabla del Anexo 3 y ésta será el valor de resistencia del electrodo de puesta a tierra del sistema bajo estudio.

Si el valor de μ obtenido no está en la tabla del Anexo 3, el electrodo de corriente se debe colocar más lejos del electrodo de puesta a tierra.

Si es necesario, posteriores mediciones se pueden obtener variando la distancia EC o variando la dirección de la línea recta en la que se colocan los electrodos de prueba. De los resultados obtenidos de resistencia para varios valores de EC se puede realizar una gráfica como la Gráfica 2 mostrada a continuación:

En la Gráfica 2 se observa como la resistencia del electrodo bajo prueba decrece a medida que la distancia EC es aumentada. Las distancias de ECescogidas en las pruebas 1 y 2 no fueron lo suficientemente grandes y lasescogidas en las pruebas 5 y 6 son preferibles ya que los valores de resistencia obtenidos en ellas varían poco.

GRACIAS POR SU ATENCION!!!