POyTÉCNICA NACIONAL, DE. IH£6J!L MEDICIONES DE...

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POyTÉCNICA NACIONAL, DE. IH£6J!L £ JÍ1A MEDICIONES DE. p.jSTR IBUC ION DE. POTENCIAL ALREDEDOR DE. .ELEj DE PUESTA A TIERRA MEDIANTE UNA CUBA ELECTROLÍTICA T£SIS PREVIA A LA OBTENCIÓN DE^TjTULO D^E |!MG ENCERO ELE CTR i CO EN LA ESPECI ALIZACION DE FUERZA ELÉCTRICA TESIS DE GRADO LUIS A. TACO V. 1.975

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POyTÉCNICA NACIONAL,

DE. IH£6J!L£JÍ1A

MEDICIONES DE. p.jSTR IBUC ION DE. POTENCIAL ALREDEDOR DE. .ELEj

DE PUESTA A TIERRA MEDIANTE UNA CUBA ELECTROLÍTICA

T£SIS P R E V I A A LA OBTENCIÓN DE^TjTULO D^E |!MG ENCERO ELE CTR i CO

EN LA ESPECI A L I Z A C I O N DE FUERZA ELÉCTRICA

TESIS DE GRADO

LUIS A. TACO V.

1.975

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CERTIFICO Q.UE EL PRESENTE TRABAJO FUE REALIZADO POR

LUIS A. TACO V l L L A L B A »

ALFREDO MENA PACHANO.

QUITO, NOVIEMBRE:- 1,975

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AGRADECIMIENTO

AL Srt. ING. ALFREDO MENA PACHANO, DIRECTORDE TESIS,, AL ING. JAIME HIDALGO, AL PERSO-CNAL DEL INSTITUTO DE COMPUTAC IÓ*N, Y A TODASACUELLAS PERSONAS Q.UE DE UNA FORMA U OTRAHAN COLABORADO EN EL PRESENTE TRABAJO.

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1 H a JL£ £. i £íí ! ñ A k

M A T E R I A PAG,

CAPITULO I : GENERALIDADES

1.I ANTECEDENTES I

1.2 INTRODUCC \ÓH 4.

|*3> EL MODELO 5

1.4 TERMINOLOGÍA U T I L I Z A D A 10

CAPITULO I I : MEDICIONES

2.1 FORMA DE LAS MEDICIONES , I4

2*2: INTERPOLAD ION 17

2*3 GfiXpicos 17

CAPITULO III : MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE

PUESTA A TIERRA 67

CAPITULO IV : COMPARACIÓN DE LOS VALORES MEDIDOS DE

LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA CON

LOS CALCULADOS.

4.1 MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD 69

4.2 LA. RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA f. 72y».Jü

4.3, C/LCULO DE LA- RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 76

4.4 COMPARACIÓN DE LOS VALORES DE RESISTENCIA DE

PUESTA A TIERRA, CON LOS VALORES CALCULADOS 77

CAPITULO V : CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

APÉNDICE I. PROGRAMA. UTILIZADO

APÉNDICE 2. TABLAS DE DATOS

APÉNDICE. 3. TABLAS DE INTERPOLAC IO*N

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gJENERAUPADES.

Jl.l. AN TE C E p E NT E S_« - EL PROBLEMA DE PUESTA A TIERRA APARECIÓ* COMO

P R I M I C I A DE LA H I S T O R I A CUANDO BENJAMÍN FRA^

KLIN UTILIZÓ* EL PRIMER PARARRAYOS ^UE SE DESCARGÓ* A TIERRA,

A TRAVÉS DE UN CONDUCTOR Y SE PUDO APROVECHAR DESDE EL Pf? I f¿

C I P I O DE LA E L E C T R O T E C N I A , EL P R I N C I P I O FUNDAMENTAL DE q,u£

LA- TIERRA PRÁCTICAMENTE MANTIENE CONSTANTE SU PROPIO POTEN-

CIAL, Y Cí,UE POR LO TANTO PUEDE ABSORBER GR AN DES CAN T I D ADES

DE ELECTRICIDAD Y ADEMAS SERVIR COMO BASE DE REFERENCIA PA.

RA LAS TENSIONES qUE SE TENGAN EN LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS»

ES CONOCIDA HOY EN DÍA LA FRASE UNIVERSAL "CONECTAR A T I E.

RRA.'1, q,UE S I G N I F I C A ESTABLECER UN CONTACTO ENTRE UN SISTE-

MA Y TIERRA, TAL CONTACTO (LLAMADO SIMPLEMENTE TIERRA) IM-

PLICA UNA RESISTENCIA MA*S O MENOS ELEVADA LLAMADA TIRESIS -

TENCI A DE T (ERRA11.

EN LA PRACTICA LA, TIERRA CONSISTE DE UNO O MÁ*S ELECTRODOS

METÍLICOS INTRODUCIDOS EN LA MISMA Y CONECTADOS ENTRE sf.

LAS TIERRAS SON UTILIZADAS EN SISTEMAS DE POTENCIA, ESTA -

CIONES DE TRANSM1SJÓ*N DE RADIO, SISTEMAS TELEFÓNICOS, VARJ_

LLAS PARARRAYOS Y EN LAS PARTES METÍLICAS DE LOS GRANDES

EDIFICIOS., DE ESTE MODO TENEMOS LA MÁ*S SIMPLE CONEX|Ó*N A

TIERRA A TRAVÉS DE LA TUBERÍA DE AGUA POTABLE EN UNA RE -

SISTENCIA HASTA LAS CONEXIONES DE TI E R R A DE LOS SISTE?¿AS

ELÉCTRICOS ENTRE LOS QU E SE ENUMERAN LOS SIGUIENTES:

A,) TRANSFORMADORES DE D I S T R I B U C I Ó N CON EL NEUTRO DEL SE-

CUNDARIO A TIERRA Y EN MUCHOS CASOS AL TANQUE DEL TRANS.

FORMADOR Y A LOS PARARRAYOS.

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-2-

B) MANIJAS Q.UE OPERAN LOS SUICHES DESCONECTADORES EN AIRE,

REGULADORES Y PIEZAS SIMILARES DEL EQUIPO DE MANIOBRAS.

C) LAS LÍNEAS DE TRANSMISIÓN CON CABLES DE GUARDIA DE TIE-

RRA GJJE TIENEN UNA , CONEXIÓN A TIERRA EN CADA ESTRUC-

TURA SOPORTANTE A LA Q.UE SE CONECTA EL ALAMBRE DE T|E -

RRA*

D) EN LA CASA. DE MAQUINAS Y PATIOS DE MANIOBRA, LOS ARMAZO.

NES DE LOS GENERADORES Y MOTORES, LOS TANQ.UES DE TRANS-

FORMADORES, DE LOS DISYUNTORES EN ACEITE. Y LAS CAJAS DE

INSTRUMENTOS Y RELÉS VAN CONECTADOS A TIERRA*

E) LOS ARMAZONES METÁLICOS DE LOS E D I F I C I O S DE LAS CENTRA-

LES ELÉCTRICAS, ESTRUCTURAS METÍLICAS DE SOPORTE EN EL

PATIO DE MANIOBRAS, LAS MALLAS QUE RODEAN LAS ESTACIO -

NES Y SUBESTACIONES ESTÍN TODAS A TIERRA. CONECTANDO Tp_

DAS ESTAS PARTES A LA MISMA TIERRA, LA D I F E R E N C I A DE

POTENCIAL PELIGROSA POSIBLE, SE E L I M I N A V IRTUALMENTE»

F) LOS NEUTROS DE LOS GENERADORAS Y TRANSFORMADORES SON C0_

NECTADOS SÓLIDAMENTE A TIERRA O CONECTADOS A TRAVÉS DE

IMPEDANCIAS. LOS PARARRAYOS Y REACTORES SHUNT ESTÁ*N TAM_

BIEN SÓLIDAMENTE CONECTADOS A TIERRA.

G) LOS SECUNDARIOS DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE Y

POTENCIAL TIENEN UNA TIERRA EN CADA UNO DE LOS CIRCUI-

TOS-; ETC.

EL SISTEMA DE LECTROOOS DE TIERRA EN UNA ESTACIÓN DE G£

NERACIÓN O PATIO DE MANIOBRAS, PUEDE ESTAR FORMADO DE UNA EXTEN-

SA RED DE CONDUCTORES ENTERRADOS Y DE V A R I L L A S ENCLAVADAS, SE T.Q.

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-3-

M A GRA.N C U I D A D O EN EL DISEÑO Y C O N S T R U C C I Ó N DE ESTAS M A L L A S DE

T I E R R A DE TAL M A N E R A qU E SU R E S I S T E N C I A SEA UNA F R A C C I Ó N DE

OHMIO.

EN OPERACIÓN NORMAL, LAS CONEXIONES ELÉCTRICAS A TIERRA LLEVAN

CORRIENTES DE BAJA MAGNITUD» ESTAS CORRIENTES PEQUEÑAS CONTÍ -

NUAS, SON DEBIDAS A DESBALAMCES MENORES Q.U E EXISTEN EN LAS- LÍ-

NEAS DE TRANSMISIÓN Y DISTRIBUCIÓN DEL SISTEMA. EN OPERACIÓN A.

NORMAL ES CUANDO COBRAN ORAN IMPORTANCIA LAS CONEXIONES ELéCTRJ_

CAS A TIERRA Y ES CUANDO SE TIENEN FALLAS DE CORTA DU R A C I Ó N EN

EL SISTEMA O CUANDO APARECEN SOBREVOLTAJES DEBIDO A RAYOS O M.A.

NIOBRAS- TRANSITORIAS» DURANTE ESOS PERÍODOS ANORMALES q.UE SON

DE CORTA DURACIÓN, LA CORRIENTE q.UE CIRCULA A TRAVÉS D£ LAS CO.

NEXIONES A TIERRA PUEDEN SER DE MUCHOS MILES DE AMPERIOS.

¡DEALMENTE LA RESISTENCIA EN UNA PUESTA DE T I E R R A DEBERÍA SER

CERO, ENTONCES EL FLUJO DE CORRIENTE A TRAVÉS DE ELLA, EVITA- -

RÍA LA ELEVACIÓN DE POTENCIAL DEL PUNTO DE -LA TIERRA MEDIDA EN

RELACIÓN A OTROS PUNTOS DISTANTES DE LA CONEXIÓN A TIERRA, FTERG

á*STO LÓGICAMENTE ES IMPOSIBLE, LO CJ.UE SI SE PUEDE HACER ES TE^

DER A TENER LOS VALORES MÁ*S BAJOS POSIBLES DE RESISTENCIA DE

PUESTA A TIERRA.

Si LA- RES ISTENCI A DE TIERRA ES F I N I T A ( D E HECHO Q.UE LO ES) , EL

FLUJO DE CORRIENTE A TRAVÉS DE LA RESISTENCIA A TIERRA RESULTA

EN:

|) UNA ELEVACIÓN DE POTENCIAL DEL EQ.UIPO UNIDO AL PUNTO DE T I E.

RRA Y MEDIDO EN RELACIÓN A LOS CONTACTOS CON LA TIERRA EN

PUNTOS DISTANTES:.

'2) UNA- ELEVACIÓN DE LAS GRADIENTES DE POTENCIAL MEDIDAS HOR| -

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.ZONTALMENTE EN LA SUPERFICIE DE LA- TIERRA EN LAS CERCANÍAS AL SIS.

.TEMA DE ELECTRODOS DE TIERRA.

AMBOS RESULTADOS PRESENTAN CHOQUES PELIGROSOS AL PERSONAL Y UN PE.

LIGROSO DAÑO AL AISLAMIENTO DEL E q,U I P O . ESTOS RELIGEOS SE REDUCEN

CONFORME SE BAJA LA RESISTENCIA'* TIERRA, PERO , NUNCA SE PUEDEN E-

L I M I N A R ENTERAMENTE.

EN RESUMEN, LA'- MAYORÍA DE LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS TIENEN ELECTRO-

DOS O SISTEMAS DE ELECTRODOS Q,UE SIRVEN COMO CONEXIONES A T I E R R A ,

CONEXIÓN Q.UE GENERALMENTE. SE CONOCE COMO "TIERRA11; PERO, ESTO T I £

NE UNA. FILOSOFÍA FUNDAMENTAL RUÉ ES LA DE PROTEGER POR SOBRETODO

AL PERSONAL Y EQUIPO, POR LO TANTO LA IMPORTANCIA QUE TIENE UN -

SISTEMA DE PUESTA A TIERRA ES INDISCUTIBLE, PUESTO Q.UE EN LA MAYC^

RÍA DE LOS CASOS SE TRATA DE LA V I D A MISMA DE LAS PERSONAS Y V I D A

Ó*T 1 L DEL EQ.UIPO, JUSTIFICANDO É*STO CUALQUIER INVERSIÓN ECONÓMICA

^UE SE HAGA EN EL ESTUDIO EN CUALQUIERA DE SUS FASES O ETAPAS, -

SEAN ESTAS DE TIPO CIENTÍFICO, MATEMÁTICO Y/O EXPERIMENTAL»

1.2. INTRODUCCIÓN.-"

EL PRESENTE TRABAJO TRATA DE CUBRIR UNA ETAPA I N I C I A L DE PUESTA A

TIERRA MEDIANTE UN PROCESO EXPERIMENTAL DE PRUEBAS CON ELECTRODOS

SIMÉTRICOS STANDARD i^UE DARÁ*N UNA PAUTA DE UNA POSTERIOR UTILIZA-

CIÓN DEL MODELO PARA EL ESTUDIO EX.PER IMENT AL £E UNA MALLA O SIST£«p\

MAS DE ELECTRODOS DE TIERRA.

EL TRABAJO EXPERIMENTAL SE JUSTIFICA DESDE EL PUNTO DE VISTA

PARA EL DISEÑO DE UN SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SE NECESITAN C*U_

CULOS MATEMÁTICOS Y AN/LISIS CIENTÍFICOS DEMASIADO COMPLICADOS Y

TEDIOSOS, RAZÓN POR LA CUAL GENERALMENTE SE TRABAJA CON DATOS RE-

1 COGIDOS A, TRAVÉS DE AÑOS DE E X P E R I E N C I A EN LOS DIFERENTES CAMPOS

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O CON MODELOS A ESCALAS QUE. NOS P E R M I T A N D I S E Ñ A R U N A PUESTA A T|£

BRA. B A S T A N T E A P R O X I M A D A A LA R E A L I D A D , L Ó G I C A M E N T E CON LAS L I M I T A -

C I O N E S Y C O R R E C C I O N E S QUE LA E X P E R I E N C I A O EL MODELO A S Í LO E X I J A N .

E S Y A B A S T A N T E C O N O C I D A L A I M P O R T A N C I A Q U E T I E N E U N A B U E N A PUESTA

A T I E R R A , J U S T I F I C A N D O DE ESTE MODO EL P R E S E N T E E S T U D I O EL M I S M O -

QUE E N S A Y A UN MODELO TOTALMENTE E X P E R I M E N T A L .

1.3-iEL MODELO*- EL MODELO UTILIZADO PERMITE MEDIR LA D I S T R I B U C I Ó N

DE P O T E N C I A L A L R E D E D O R DE D I F E R E N T E S ELECTRODOS DE

PUESTA. A T I E R R A . EL M O D E L O C O N S T A DE:

A, UNA C U B A E L E C T R O L Í T I C A

B. CONTRAELECTRODO SEM IESFÉ*R i coc. ELECTRODOS SIMÉTRICOS STANDARD, DE PUESTA A TIERRAo. SONDAS •

E. ESCALA GRADUADAFV APARATOS DE MEDIDA..

A.. CUBA*- LA- CUBA. SE I N D I C A EN LA Fie. 1.33.1, ES DE MADERA REVESTJ.

DA I N T E R N A M E N T E DE V I D R I O DE ESPESOR 5 MM. Y T I E N E LAS -

S I G U I E N T E S D I M E N S I O N E S I N T E R N A S !

L a I M. ; ' H « 0.55 M.

FIG. I.3.I

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ÓQNDE L » LONGITUD DE CADA LADO Y H * PROFUNDIDAD TOTAL INTERNA

DE LA CUBA*

B. CONTRAELECTRODO.- EL CONTRAELECTRODO ES SEM IESFÉ*R i co COMO SE

PUEDE APRECIAR EN LA FlG. 1.3*2 Y ESTÁ* FORMA-

DA POR ALAMBRES DE COBRE DE DIMENSIONES D * 4 MM. Y SEPARADOS

UNOS DE OTROS gj CM. ; EL RADIO DE LA SEMIESFERA ES DE 0.5M. EN

EL MISMO GRÁFICO SE PUEDE VER LA SONDA QUE SE DESPLAZA MEDIANTE

UN CURSOR SOBRE. UNA ESCALA GRADUADA EN CM. DESDE EL CENTRO DE -

LA CUBA HASTA EL EXTREMO A 50 CM. DEL CENTRO. EN EL CENTRO DE -

CUBA-, SE- U B I C A EL ELECTRODO Oí PRUEBA. SE APLICA UN VOLTAJE ESTA.

BÍLIZADO ENTRE EL ELECTRODO DE PRUEBA Y EL CONTRAELECTRODO; EN

EL CASO DEL MODELO EL VOLTAJE ES DE 100 V. Y SE MIDE LA CORRIENv

TE GÍ.UE CIRCULA;.

FlG.

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D. SONDAS»- LAS SONDAS EST/N FORMADAS POR TUBOS DE V I D R I O POR CUYO

INTERIOR PAFÍA. UN ALAMBRE DE COBRE. lO A W G Y TIENE EN

LA PARTE SUPERIOR UN CONECTOR Y EN LA INFERIOR UNA FINA PUNTA DE

CARBÓNfTAL COMO SE PUEDE VER EN LA FlG. 1.3.3»

EL OBJETO DE LA PUNTA DE CARBÓN NO TIENE OTRA F I N A L I D A D SU FÁ*-

CIL CONSTRUCCIÓN PUES ES LA PUNTA O EL CARBÓN DE UNA PILA SECA PE-

QUEÑA CUYA PARTE METÍLICA SE PUEDE SOLDAR FÁCILMENTE AL CONDUCTOR

DE COBRE Y SU RESISTENCIA ES PR XcT I C AMENTÉ DESPRECIABLE;. EN EL IN-

TERIOR DEL TUBO SE HA INTRODUCIDO UNA ESCALA NUMERADA EN CM. Y LOS

EXTREMOS SON DES IDAMENTE SELLADOS. ÜAS SONDAS SON DE DOS TAMAÑOS',

É*STO EVITA OSCILACIONES DE LA MISMA EN EL MOMENTO DE LAS MEDICIO-

NES.» SE TIENE A LA DERECHA DE LA FlG. 1,3.3 SONDAS EN L, q.UE PER-

MITEN LLEGAR A LAS CERCANÍAS DEL ELECTRODO. NÓTESE EN LA F l G . 1.3.3

LAS PUNTAS DE CARBÓN EN LOS EXTREMOS INFERIORES DE LAS SONDAS.

FIG. 1.3.3

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—8—

'E, ELECTRODOS.- Los ELECTRODOS SON HECHOS DE ALAMBRE. DE COBRE DE

LAS FORMAS I N D I C A D A S EN LA FlG. 1.3,4, EN LA CUAL

SE T I E N E N A Y B V I S T O S DE FRENTE. Y LOS DEMA*S V I S T O S DE A R R I B A .

LAS D I M E N S I O N E S SE DAN EN LA T A B L A 1.3.1.

ELECTRODO TIPO

A. SEMIESFERA DE RADIO A

B. VARILLA

c, ALAMBRE HORIZONTAL

o. ALAMBRE EN L

E. EST.R. 3 PUNTAS

P-. ESTRELLA DE 4 PUNTAS

G. ESTRELLA DE 6 PUNTAS

H. ESTRELLA DE 8 PUNTAS

i. ANILLO DE ALAMBRE,DIÁMETRO DEL ANILLOD » 2A.

j. PLACA RECTANGULARSECCIÓN AXP « 0.255 CM^

K. PLACA REDONDA HORIZQNT.L. PLACA REDONDA VERTIC.

D IMENS

RAD.ELEC.A

2.5

5

55

1

ONES E

ALTURAS/2

5

2.5

2.5

2.5

2.5

2.5

2.5

2.52.5

M CM.

LONGL

10

5

5

5

5

5

1 TUO

2 L

10

10

TABLA 1.3.1

EL ALAMBRE UTILIZADO EN LOS ELECTRODOS TIENE fji RADIO A. = 1.28 MM. ;

L EN LAS ESTRELLAS REPRESENTA LA LONG. DE su BRAZO.

EN LOS ELECTRODOS INDICADOS _A_ REPRESENTA EL RADIO DEL CONDUCTOR

DEL CUAL ESTÁ" HECHO EL ELECTRODO. Y £ EL RADIO,DEL ELECTRODO.

F. APARATOS DE MEDIDA.- SE UTILIZA UNA FUENTE DE VOLTAJE ALTERNO

CON EL OBJETO DE E V I T A R LA P CL AR I Z AC I 0*N; EL V O L T A J E PASA A TRA-i

VÉ*S DE UN E S T A B I L I Z A D O R DE V O L T A J E A FIN DE TENER C O N S T A N T E EL

V A L O R ENTRE EL C O N T R A E L E C T R O D O Y EL ELECTRODO DE P R U E B A , ES DE-

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Vs

Z1 1Qo

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-10-

*CIR UN V O L T A J E DE 100 V O L T I O S EN ESTE CASO. LA C O R R I E N T E QUE C I £

CULA SE M I D E CON UN AMPERÍMETRO AEG. DE P R E C I S I Ó N 0.5 Y LOS VALO,

RES. OBTENIDOS EN LOS PUNTOS DE LAS C O O R D E N A D A S X Y SE M'lOEN CON

UN MULTÍMETRO D I G I T A L O CON M U L T Í M E T R O DE V/LVULA. EN LA M A Y O R -

PARTE tlEL E X P E R I M E N T O , LAS M E D I D A S SON R E A L I Z A D A S CON EL MULTÍME-

TRO D I G I T A L Y S O L A M E N T E LAS M E D I D A S O B T E N I D A S EN LA S E M I E S F E R A

SE U T I L I Z Ó * EL DE VÁLVULA. LA- RAZÓN DE U T I L I Z A R ESTOS DOS INSTRU-

MENTOS. ES P O R Q U E SE R E Q U I E R E N I N S T R U M E N T O S DE ALTA R E S I S T E N C I A ,

D E B I D O A Q.UE EL C I R C U I T O DE P R U E B A PRESENTA A L T A RES I S T E N C t A P.A.

RA , LAS MED I C lONES^VAR ÍA POCO EN EL CASO DEL MODELO, E N T R E 130

Y 240 -o- M .

1.4 TERMINOLOG ÍA USADA.- SIN EMBARGO DE <^UE LA TERMINOLOGÍA u-

SADA ES C O N O C I D A Y ESTA* N O R M A L I Z A D A ,

VALE LA PENA ANOTAR LO SIGUIENTE.;

JlERRA.- SE D E N O M I N A A C U A L Q U I E R COMPONENTE: C O N D U C T O R O T E R M I N A L

QUE POR RAZÓN DE C O N E X I Ó N T I E N E B Á S I C A M E N T E EL M I S M O P0_

T E N C I A L QUE EL SUELO O TIERRA,,

PUESTA A TIERRA.- SE DENOMINA A' UNO o V A R I O S CONDUCTORES METÍ-

LICOS ENTERRADOS EN EL SUELO.

CO R R I EN T E DE T I_E R R A . - Es ACUELLA qUE CIRCULA tN LA TIERRA O EN

UNA CONEXIÓN A TIERRA.

ELECTRODOS DE_ TIERRA.- SON CONDUCTORES INTRODUCIDOS EN EL SUELO

Y QUE FORMAN CON E*STE UNA UNIÓN CONDUCTO,

RA. DE CORRIENTE*

CONEX ION *. JJ_Efm¿.- ES UNA CONEXIÓN USADA PARA ESTABLECER UNA*

1 PUESTA A T IERRA»

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-I I-

S.I..SJ.EMAS. DE PUESTA A TIERRA.- CONSlíiTE EN LA- I N T E R C O N E X I Ó N DE TO,

DAS LAS PUESTAS A T I E R R A , EN UN Á* -

REA ESPECÍFICA.

RESISTENCIA A TIERRA,- Es UNA RESISTENCIA EXISTENTE ENTRE UN E -

LECTRODO O MALLA DE T I E R R A Y UN PUNTO DE-

N O M I N A D O T I E R R A REMOTA» SE DEFINE COMO CORRIENTE: ENTRE: EL POTEN-

C I A L EU£*CTHICO y LA CORRIENTE 1 DE T l E t f R A *

TIERRA REMOTA o RE/EREN.C I_A_.~ ^s UN PUNTO o Á*REA DE LA T I E R R A

DISTANTE DE LOS CORRESPONDIENTES E.

LECTRODOS EN LA CUAL NO SE PRESENTAN TENSIONES APRECIABLES EN -

TRE: PUNTO& CUALQUIERA DE LA MISMA*

POTENCIAL ELÉCTRICO*- EL POTENCIAL ELÉCTRICO DE UN PUNTO CUAL

QUIERA ES AQ.UEL QUE EXISTE CON RESPECTO A

UN PUNTO O ZONA SUPUESTA A R B I T R A R I A M E N T E DE POTENCIAL CERO (TIE-

RRA REMOTA).

LÍNEA EQ.UIPQTENC I.ALa- ES LA q,UE UNE TODOS LOS PUNTOS DE I G U A L PO.

T E N C I A L EN UN I N S T A N T E DADO.

PERFIL DE POTENCIAL*- Es UN GRÁFICO DE POTENCIAL COMO FUNCIÓN DE

LA D I S T A N C I A A LO LARGO DE UNA T R A Y E CTORIA

ESPECÍFICA.

GRADIENTE DE POTENCIAL*- Es LA PENDIENTE DEL GRÁFICO DEL PERFIÍ.

DEL POTENCIAL CUYA TRAYECTO ÍIIA I NTERSE£

TA EN XNGULO RECTO LAS LÍNEAS EQUIPOTENCIALES.

VOLTAJE DE CONTACTO.- Es LA DIFERENCIA. DE POTENCIAL MA*XSMO ENTRE.

UNA ESTRUCTURA U OBJETO METÍLICO PUESTO A

T I E R R A Y UN PUNTO SOBRE LA S U P E R F I C I E DEL T E R R E N O A UNA D I S T A N -

C Í A H O R I Z O N T A L DE UN METRO.

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•-12-

VOLTAJE DE PASO»- Es LA DIFERENCIAOS POTENCIAL MÁ*X|MO ENTRE DOS '

PUNTOS SOBRE EL TERRENO, SEPARADOS ENTRE SÍ

POR LA D I S T A N C I A DE UN PASO, LA CUAL SE SUPONE DE UW METRO EN LA

DIRECCIÓN DE MA*X|MA GRADIENTE DE POTENCIAL.

RESISTÍ v i DAD.- LLAMADO TAMBIÉN RESISTENCIA ESPECÍFICA DEL SUE-

LO, ES LA RESISTENCIA ELÉCTRICA DEL MISMO* LA U-

NIDAD PRACTICA ES EL OHMIO METRO Q.UE EQUIVALE A LA RESISTENCIA EJVJ,

TRE. DOS CARAS OPUESTAS DE UN CUBO DE TIERRA DE UN METRO DE ARISTA,

CONDUCTIV I DAD»- Es IGUAL AL VALOR RECÍPROCO DE LA RESISTIVIDAD.

SÓLIDAMENTE A T. I £_R R..A • - _D I REC T AMEN TE A T IERRA. - S I G N I F I C A UN -

PUESTO A TIE -

RRAT A TRAVÉS DE UNA CONEXIÓN ADECUADA A TIERRA EN LA CUAL NO HA

SIDO PUESTA 1NTENCIONALMENTE UNA IMPEDANCIA.

(Ri).

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MED IC IONES,-- S i se PARTE BEL CONCEPTO MISMO DE MEDIR, SE PUEDE DE^

C IR O.UE MED IR ES C O M P A R A R UNA M A G N I T U D CON O T R A Q.UE

A.RB i T R A R i AMENTÉ; SE HA TOMADO COMO UNIDAD DE M E D I D A . P A R A EL CASO

Q.UE O C U P A ESTE TRABAJO SE TOMO COMO U N I D A D E S DE M E D I D A : EL METRO

COMO U N I D A D DE L O N G I T U D , EL V O L T I O , EL A M P E R I O Y EL O H M I O COMO U-

ELÉCTRICAS EN EL SISTEMA M.K.S.

2.! FORMA DE LAS MEDICIONES.-» PARA HABLAR DE LA FORMA DE LAS _

C IONES REALIZADAS ES NECESARIO EX -

PLICAR q.UE ES LO Q,UE SE TRATA DE OBTENER CON LAS MAGNITUDES

ENCONTRADAS Y Q.UE SE TRATA DE HACER CON E?LLAS.

E-N EL PRESENTE TRABAJO SE TRATA DE OBTENER LAü D I S T R I B U C I Ó N

DE POTENCIAL ALREDEDOR DE ELECTRODOS DE PUESTA A T I E R R A MEDIANTE

UN MODELO. PARA LA P L A N I F I C A C I Ó N SE PARTE DE LA PREMISA §.UE LA -

DISTRIBUCIÓN DE POTENCIAL VA A SER MÁ*S CONCENTRADA EN LAS CERCA -

NÍAS AL ELECTRODO DE PRUEBA Y MENOS CONGESTIONADA EN LAS CERCA -

NÍAS AL CONTRAELECTRODO DE RETORNO, PflEV I AMENTÉ A ESTE PASO SE -

REALIZA UNA PfíUEBA P R E L I M I N A R CON PAPEL SEMICONDUCTOR Y PINTURA -

DE PLATA.

CON ESTE. C R I T E R I O SE D I M E N S I O N A N LOS ELECTRODOS A- P R O B A R S E . EN EL -

MODELO, £ F I J A L U E G O LA S I M E T R Í A DE C A D A E L E C T R O D O EN F U N G A N

DEL C O b I T R A E L E C T R O D O F I J A N D O P R E V I A M E N T E LOS Á N G U L O S A LOS CUALES

?"SE REALIZAN LAS LECTURAS, A FIN DE CÍ.UUE LOS ELECTRODOS QUEDEN DEFJ_

NIDOS EN EL ESPACIO (ESTOS ÁNGULOS SE OBSERVAN EN LA FlG, 1.3.4.

PARA .CADA ELECTRODO)*

SE PREPARAN TABLAS EN LAS CUALES SE ANOTAN LOS DATOS OBTENIDOS.

SE REALIZA LA TOMA DE DATOS UNA SOLA VEZ, TENIENDO LA MAYOR PROLJ^

JIDAD POSIBL£ PARA. LO CUAL SE PREffEE UNA REGLA GRADUADA Y UN CUR-

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-15-

»SOR Q.UE SE DESPLA-ZA SOBRE E*LLA LUEVANDO CONSIGO A LA SONDA DEB|DA_

MENTE CENTRADA Y FIJADA CON UN TAPÓ*N DE GOMA.

SE APLICA VOLTAJE ALTERNO ENTRE EL ELECTRODO DE PRUEBA Y EL CON -

TRAELECTRODO O TIERRA DE REFERENCIA, EL VOLTAJE COMO YA SE INDICÓ*

ANTERIORMENTE ES DE lOO VOLTIOS ESTABILIZADOS. SE MIDE LA CORRIEN.

TE qUE CIRCULA A TRAVÉS DE UN AMPERÍMETRO CONECTADO PERMANENTEMEN.

TE-, AL CIRCUITO DURANTE TODA LA PRUEBA. SEGUIDAMENTE SE TOMAN VALQ.

RES DE VOLTAJE ENTRE EL CONTRAELECTRODO Y UN PUNTO DE LA COORDENA.

DA ( X f Y) , E¡J DONDE X. ES LA D I S T A N C I A EXISTENTE ENTRE EL CENTRO

DEL ELECTRODO DE PRUEBA Y EL PUNTOJ Y, Y ES LA PROFUNDIDAD A LA

CUAL SE HACE LA MEDICIÓN, LAS LECTURAS DE LOS VOLTAJES SON ANOTA-

DOS COMO SE DEMUESTRA EN LA\A 2.I.IJ LOS VALORES DE LOS VOLTA,.

OES DESDE Y = O HASTA Y = 45; PARA CADA VALOR DE Y DESDE X = 0.1

A lO CON UN INTERVALO DE I CM.J DESDE |0 A 50 CON INTERVALOS DE

5 CM, EN EL EJE Y LOS INTERVALOS SON DE 2.5 DE O A lO Y DESDE lO

A 50 CON INTERVALOS DE 5.

LOS PUNTOS COORDENADOS CORRESPONDIENTES A UN VOLTAJE V = O NO -

SON MEDIDOS- SfcNO CALCULADOS PUES DEBE CORRESPONDER AL CONTRAELEC-

TRODO DE POTENCIAL CERO.

'LA. IDEA. DE TOMAR LOS DATOS EN LOS PRIMEROS lO CM. EN UMA FORMA Y

EL RESTO EN OTRA ES POR LA TENDENCIA QU E HAY D'~ MAYOR CONCENTRA --**

CIÓ*N DE EQUIPOTENCIALES CERCANO AL ELECTRODO Y EN FOKMA MÁ*S DIS -

TANCIADA AL ELECTRODO, ESTO SE PUEDE OBSERVAR AL ENSAYAR CON EL -

PAPEL SEMI CONDUCTOR,

CON ESTOS PUNTOS COORDENADOS SE OBTIENE UN GRÁFICO DE VALORES Q.UE

SE REPRESENTAN EN LA FlG, 2.1.1 EN LA CUAL CADA PUNTO REPRESET4TA-

UN VALOR DE VOLTAJE MEDIDO; X Y Y'EST/N DADOS EN CM.. LAS ESCALAS

DEL GRÁFICO CON LAS MISMAS C^U E SE O D T l E N E N CON EL COMPUTADOR,

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•17-

2.2 INTERPOLAC ION.- BOMO LO QUE INTERESA ES TENER CURVAS EQUIPO-'

TENCIALES, EL S I G U I E N T E PASO ES INTERPOLAR -

ENTRE LOS PUNTOS - CONOC I DOS, LOS VALORES CORRESPONDIENTES *

EQUIPOTENCIALES DE INTERÉS FIJADOS PREVIAMENTE.

LA INTERPOLACIÓN QUE SE ENSAYA ES LA LINEAL, LA MISMA QUE SE JUS-

TIFICA CUANDO LOS PUNTOS A INTERPOLARSE NO ESTA*N MUY DISTANTES;

ésTO IMPLICA QUE LOS DATOS SEAN TOMADOS LO M/S CERCA POSIBLE. A

FIN DE QUE LA INTERPOLACIÓN LINEAL SEA APLICABLE.

SlNJ EMBARGO, EXISTEN V A R I A S MANERAS DE INTERPOLACIÓN, ENTRE ELLAS:

LA GRÁFICA, LA M A N U A L Y CON LA AYUDA DE UNA COMPUTADORA*

LA FORMA- GRA*FICA SE UTILIZA EN TOPOGRAFÍA PARA ENCONTRAR LAS CUR-

VAS DE NIVEL.

LA FORMA MANUAL SERÍA TOMANDO LOS VALORES CERCANOS A UN EQUIPOTEN-

CIAL SELECCIONADO, CALCULANDO Y LUEGO F I J A N D O MANUALMENTE LOS PUN-

TOS COORDENADOS CORRESPONDIENTES A ESE EQUIPOTENCIAL.

EL USO DEL COMPUTADOR SE JUSTIFICA POR EL HECHO DE QUE ESTE- EXPERJ_

MENTÓ OBTIENE UNA GRAN CANTIDAD DE DATOS- CON LOS CUALES HAY QUE -

TRABAJAR Y CALCULAR Y, FINALMENTE SE VE LA- IMPERlOSA NECESI DAD DE

USAR EL COMPUTADOR0

2*3 GRA> i eos.- UNA1 VEZ O B T E N I D A S , POR CUALQUIER MÉTODO, LAS T A B L A S<¿¡

DE INTERPOLACIÓN (LA TABLA 2.3.1 ES UNA DE E*LLAS) -

' SE PUEDE G R A F I C A R A ESCALA ADECUADA, EL ELECTRODO Y LA D1STR1BJ¿

CIO*N DE POTENCIAL ALREDEDOR DEL MISMO. ESTO SE PUEDE HACER MA -

NUALMENTE O CON EL COMPUTADOR. EN EL PRESENTE CASO SE UTILIZA -

EL COMPUTADOR CON LAS LIMITACIONES DE ESCALA, LIMITACIONES QUE

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OBEDECEN A QUE EN LOS PRIMEROS |0 CM. DEL EJE X Y Y SE TIENE UNA ,

ESCALA AMPLIA, Y LOS RESTANTES 40 CM. DE LOS MISMOS EJES, ESCALAS

REDUCIDAS; A ÉSTO SE SUMA LA CARACTERÍSTICA DE LA M/QUINA DE IM -

PRIMIR, CARACTERES- POR PULGADA EN EL EJE X Y LÍNEAS POR PULGADA

EN EL EJE Y. DE TODAS MANERAS SE LOGRA TENER UNA ESCALA LO MÁ"s A.

DECUADA POSIBLE; A FIN DE QUE SE TENGA UNA INFORMACIÓN BASTANTE:

APROXIMADA. LA MAQUINA PRESENTA EL GRÁFICO EN LA FORMA DE LA F|G.

2.3.1.

RESTA NADA MÁ*S COMPLETAR LAS LÍNEAS si ASÍ SE DESEA ENCONTRANDO

EN F O R M A M A N U A L UNO O MÁ*S P UNTOS QUE FALTEN.

COMO EL ELECTRODO ESTÁ* D E F I N I D O EN EL E S P A C I O , SE O B T I E N E N

COS P A R A CADA ÁNGULO (DE ACUERDO A LA TABLA DE DATOS Y TABLAS DE

INTERPOLACIÓN C O R R E S P O N D I E N T E S ) , £*STO PERMITE: TENER UNA I N F O R M A -

C I Ó N COMPLETA DEL E L E C T R O D O EN EL E S P A C I O Y SE P U E D E A N A L I Z A R O

PONER uXs É N F A S I S EN D I S T R I B U C I O N E S DE P O T E N C I A L MA*S C R Í T I C A S .

AHORA, ES DE INTERÉS PARA UNA PUESTA A T I E R R A LA D ISTR i suc i ÓN su.

P E R F I C I A L DE LAS LÍNEAS EQUIPOTENCIALES, ÉSTO SE PUEDE G R A F l C A R

F Á C I L M E N T E CON LOS V A L O R E S C O O R D E N A D O S DE Y «= O P A R A LOS DIFEREN.

TES E Q U I P O T E N C I A L E S DE LA T A B L A DE I N T E R P O L A C I Ó N ( Q.U E A P A R E C E N -

T A M B I É N EN Y * .0 DE LOS G R Á F I C O S ) Y P A R A LOS O 1 FEfiEN TB A*NGU LOS

QUE D E F I N E N EL ELECTRODO. UN G R Á F I C O DE ESTE T I P O SE I N D I C A EN

LA FIG. 2.3.2 P A R A EL ELECTRODO EN L; DE ESTE M O D O SE P U E D E D I B U.

U AR P A R A C U A L Q U I E R P R O F U N D I D A D CON LOS DATOS Q.U E SE D I S P O N G A Y

EL INTERÉS QUE SE TENGA EN TAL O C U A L GR/FICO.-

CON LA A Y U D A DEL C O M P U T A D O R SE T I E N E F I N A L M E N T E LA T A B L A DE DA -

ITOS, LA TABLA DE I N T E R P O L A C I Ó N Y LOS PERFILES DE P O T E N C I A L EN -

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-.-19 -

GRAFICACIÓN DISCRETA DE LGS ELECTRODOS PROBADOS V DEFINIÓOS EN

EL ESPACIO*

DE ESTA- MANERA SE OBTIENE DEL MODELO TODA LA INFORMACIÓN NECES&

R I A^ PARA UN ESTUDIO EXPERIMENTAL DEL COMPORTAMIENTO DE LOS ELEC.

TRODOS DE PUESTA A TIERRA, ESTUDIO DE L A B O R A T O R I O G^U E LÓGICAMEN.

TE: TIENE SUS- LIMITACIONES. Y FACTORES DE CORRECCIÓN PARA SU UTI-

LIZACIÓN EN LA PRXCTICA.

A CONTINUACIÓN SE PRESENTAN LAS CURVAS DE LOS EQUIPOTENCIALES O

PERFILES DE POTENCIAL DE LOS DIFERENTES ELECTRODOS PROBADAS Y

LUEGO LAS CONCLUSIONES DE CADA UNO.

EN EL APÉNDICE I SE ADJUNTA- EL PROGRAMA EMPLEADO; EN EL APÉNDI-

CE 2 LAS TABLAS DE DATOS TOMADAS EN EL L A B O R A T O R I O Y EN EL APÉN.

DICE3, LAS TABLAS DE INTERPOLACIÓN RESPECTIVAS.

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-63-

ELECTRODO DE VARILLA.- ESTE ELECTRODO ESTA* DEFINIDO POR UNA SOLAV

MAGNITUD Y SU D I S T R I B U C I Ó N DE EC^UIPOTEN -

C Í A L E S EN EL ESPACIO SE OBTIENE POR LA REVOLUCIÓN DE. 360° DE LA

FlG. CORRESPONDIENTE. NÓTESE. QUE LA MAYOR CO NCENTR AC I Ó*N SE TIENE

EN LOS PRIMEROS 7 CM. DEL EJE X EN DONDE SE ENCUENTRAN LOCALIZA-

DOS EL 8&$ DEL VOLTAJE- Y EL 20$ EN EL RESTO; LOS EQUIPOTENCIALES

EN UN 80$ TIENEN LA, FORMA DEL ELECTRODO Y EN UN 2$ LA DEL CON -

TRAELECTRODQ, EL 13$ SON EQUIPOTENCIALES DE FORMA T R A N S I T I V A EN-

TRE EL ELECTRODO Y CONTRAELECTRODO» ESTA DISTRIBUCIÓN ES OBTENI-

DA PARA UNA RESISTIVIDAD; f» 223-^M.

SEMIE3FERA.- LA SEMIESFERA TIENE UNA DISTRIBUCIÓN SEM i ESFÉ*R i CA

DESDE EL ELECTRODO HASTA EL CuNTRAELECTRODO, EN EL

Crt/FICO SE NOTA UNA FORMA ELÍPTICA DEBIDO A LAS ESCALAS USADAS.

E.L 80$ DE LOS EQUIPOTENCIALES SE HALLAN EN LOS PRIMEROS 10 CM. ,

0N 5$ EN LOS dLTIMOS- 25 CM* Y E.L 15$ EN LOS Ii5 CM. INTERMEDIOS.

PARA /?» 209-^-M,

ALAMBRE HORIZONTAL.- TIENE DESDE UN POTENCIAL DECLARADO DE. 50 -

VOL., UNA CONCENTRACION DEL 80$ EN LOS PR J_

MEROS lO CM. DEL EJE X, EL 2$ EN LOS- ÓLTIMOS (5 CM. Y EL I8$ EN

25 CM* INTERMEDIAS*

ALAMBRE EN L.- TIENE UN VOLTAJE DECLARADO DE 35 VOLTIOS, LA MA-

YOR CQNCENTRACIO'N, EL 30$ SE HALLA EN LOS PRIME-

ROS 8 CM., 2$ DE EQUIPOTENCIALES SE HA.LLAN EN LOS Ó*LTIMOS |5 CM*

Y |8$ EN LOS 27 CM. INTERMEDIOS.

ESTRELLA DE TRES PUNTAS.- TIENE DESDE UN POTENCIAL DECLARADO DEi60 VOLTIOS. E.N LOS PRIMEROS |0 CM, U-

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-64-

NA\N DEL 80$ DEL P O T E N C I A L , 2$ EN LOS Ú L T I M O S |3 CM.

Y EL l8^ EN LOS 27 CM. INTERMEDIOS.

ESTRELLA DE CUATRO PUNTAS.- UN VOLTAJE DECLARADO DESDE 60 VOLTIOS,

UNA C O N C E N T R A C |0*N DEL 80$ EN LOS PRI-

MEROS |2 CM., 2$ EN LOS |3 CM. ÚLTIMOS Y EL I 8$ EN LOS 25 CM. I N-

TERMEDI OS.

ESTRELLA DE SEIS PUNTAS.- UN VOLTAJE DE: 90 VOLTIOS, UNA CONCENTRA.

C|Ó*N DEL 80$ EN LOS P R I M E A O S |3 CM., 2$

EN LOS |2-; Ú L T I M O S CM. Y I 8$ DE E Q U I P O T E N C I A L E S EN LOS 25 CM. I N-

T E R M E D I O S »

ESTRELLA DE OCHO PUNTAS.- UN VOLTAJE DECLARADO DE 80 VOLTIOS, UNA

C O N C E N T R A C IÓ*N DEL 80$ EN LOS P R I M E R O S -

|4 CM.f EL 2$ EN LOS Ú L T I M O S |0 CM., Y EL 18$ EN LOS 26 CM. INTE£

MEDIOS.

ANILLO DE ALAMBRE***- UN VOLTAJE DECLARADO DE 60 VOLTIOS, UNA CON -

CENTRACIÓ*N DEL 80$ EN LOS RPIMEROS |5 CM.,

2$ EN LOS ÚLTIMOS |0 CM. Y EL I 8$ EN LOS 25 CM. I N T E R M E D I O S . ES U,

NA- F I G U R A DE R E V O L U C I Ó N PUES SU G I R O DE 360° E N G E N D R A LA DISTRIB.U.

C |Ó*N EN VOLUMEN DE LOS E Q U I P O T E N C I A L E S .

PLACA RECTANGULAR HORIZONTAL.- UN VOLTAJE DECLARADO DE 70 VOLTIOS,S»j

EL 80$ DE C O N C E N T R A C I Ó*N SE HALLA -

EN LOS P R I M E R O S 2^ CM., EL 2$ EN LOS Ú L T I M O S |2 CM. Y EL 18$ EN -

LOS |8 CM. I N T E R M E D I O S .

PLACA REDONDA HORIZONTAL.- VOLTAJE DECLARADO DESDE 95 VOLTIOS, EL

80$ DE C O N C E N T R A C lO'N TENEMOS EN LOS

P R I M E R O S 18 CM., 2$ EN LOS Ú L T I M O S 9 CM. Y EL 18$ EN LOS 23 CM. -

I N T E R M E D I O S .

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-65-

PLACA REDONDA VERTICAL.- VOLTAJE DECLARADO DE 60 VOLTIOS, CONCEN-

TRACIÓN DEL 80$ EN LOS PRIMEROS |7 CM.,

2% EN U>S. 8 CM. IÍLTIMOS Y I Bfo EN LOS 25 CM. INTERMEDIOS.

DE LO ANTERIOR SE PUEDE DEDUCIR 9.UET

A* LOS EQUIPOTENCIALES MÁ*S ALTOS TENEMOS EN LAS CERCANÍAS DEL E -

LECTRODO Y Q.UE GENERALMENTE TIENEN LA FORMA DEL ELECTRODO.

B* EL EQUIPOTENCIAL M « 20 VOLTIOS MÁXIMO SE ENCUENTRA A- 20 CM. -

DEL CENTRO.

c. DESDE EL EQUIPOTENCIAL N = lO VOLTIOS pRXcTi CAMENTE Y.A TIE -

NEN LA CONF I GURAC ION SEM I ESFÉ*R 1 CO DEL CONTRAELECTRODO.

D. EN LOS ÚLTIMOS lO CM. SE TIENE PR/CT I C AMENTÉ LOS VALOFíES M/S BA.

JOS DE VOLTAJE O SEA P = 2 VOLTIOS Y Q = I VOLTIO RESPECTIVAMEN<

TE.

E* LA TENSIÓN DZ PASO RESULTA POR LO TANTO MÁ*S GRANDE EN LAS CER-

CANÍAS DEL ELECTRODO EN EL ORDEN DE PELIGROSIDAD SIGUIENTE: EL

ELECTRODO DE V A R I L L A , SEMIESFERA, PLACA REDONDA, ESTRELLA DE 0-

CHO PUNTAS,ESTRELLA DE SEIS PUNTAS, ESTRELLA DE CUATRO PUNTAS,

PLACA RECTANGULAR, ANILLO DE ALAMBRE:, PLACA REDONDA, HORIZONTAL,

ESTRELLA DE TRES PUNTAS,. PLACA REDONDA VERTICAL Y ALAMBRE EN L.

EN RESUMEN,LA DISTRIBUCIÓN DEL CAMPO ES CONCENTRADO EN LAS CERCA-

NÍAS DEL ELECTRODO Y TOMA LA FORMA DEL ELECTRODO Y A P A R T I R DE 20

CM. TOMA LA FORMA DEL CONTRAELECTRODO, EN EL PRESENTE CASO FORMA

SEMI ESF£*R i CA»

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-66.

C A . P i r y . L 2 X £ ñ £ £ B. fi

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-67-

MEDICIÓN DE LA RES ISTENC IA PE PUESTA A _TIIERRA i

PARA LA MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA, SE CONOCE

EL VOLTAJE APLICADO Y LA CORRIENTE: QJJE C I RCULA ENTRE EL ELECTRODO

Y EL CONTRAELECTRODO, LA RESISTENCIA ESTAR/ DETERMINADA POR LA R£

LACIÓ*N DE VOLTAJE Y CORRIENTE, LÓGICAMENTE C^UE fsTA SERX LA RES I S.

TENCIA TOTAL DEL CIRCUITO, PERO SON DESPRECIABLES LAS RESISTEN! -

CÍAS DE LOS CONDUCTORES UTILIZADOS; POR LO TANTO, LA RESISTENCIA

DE PUESTA A TIERRA DE LOS DIFERENTES ELECTRODOS SE DA EN LA TA -

BLA 3.|.

. ELECTRODO TIPO

SEMI ESFERA

VAR ILLA

ALAMBRE. HORIZONTAL

ALAMBRE EN L

ESTRELLA DE TRES PUNT.

ESTRELLA DE CUATRO p.

ESTRELLA DE SEIS PUNT.

ESTRELLA- DE OCHO PUNT.

ANILLO DE ALAMBRE.

PLACA RECTANGULAR

PLACA CJRCULAR HORIZ:.

PLACA CIRCULAR VERTIÓ»

V (VOL.Í

lOO

100

lOO

lOO

lOO

lOO

lOO

lOO

lOO

lOO

lOO

lOO *'

1 (Awp)

O.i9

0. |6>

0*20

0.2|

O.i4

0.157

0.188

0..2I6

0.250

0.185

0.286

0.32

R -0-

526

625

500

477

7|4

637

532

463

400

54 1

350

3i2.5

PARA /*

209.

223

¡35

|35

223

223

223

209

209

209

209

209

TABLA 3.i

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o i tí v n o ~i Ti i i d 7/\'o

-89-

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COMPARACIÓN DE LOS VALORES ..ME 0.1 DOS DE.. RES ISTENC I A DE PUESTA_A

T I E R R A CON LQSL CALCULADAS.

4.i MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD,- EL ELECTROLITO UTILIZADO EN EL

MODELO ES A G U A POTABLE-, POR LO

TANTO SE TRATA DE UN M E D Í O H O M O G É N E O . P A R A LA M E D I D A DE LA RE-

S I S T I V I D A D SE U T I L I Z A EL MÉTODO DE WENNER UN I V E R S A L M E N T E ACEP-

TADO.

ESTE MÉTODO CONSISTE: DE U N A CONF i G U R A C I ¿ N DE 4 ELECTRODOS SEPARA-

DOS. A, I G U A L D I S T A N C I A . £ ENTRE E*LLOS Y E N T E R R A D O S A UNA M I S M A PRO-

F U N D I D A D B., TAL COMO SE MU E S T R A EN LA F|G. 4. I . I .

F IG. 4.i.i

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£N ESTA C O N F I G U R A C I Ó N DE 4 V A R I L L A S SE I N Y E C T A UNA C O R R I E N T E POR

LOS ELECTRODOS I Y 4 (CONTADOS DE I Z Q U I E R D A A DERECHA), EL VOLTA.

JE SE M I D E ENTRE LOS ELECTRODOS 2 Y 3 Y LA R E S I S T I V I D A D EST¿ DA-

DA POR:

(4. |.4. TT A- R

2 A

/ O 0

\A + 4o

2 A

V / 4A2* 4B.*2

4 TT A. R

N ,. -

DONDE:

y^B RESISTIVIDAD EN-^XM.

A « DISTANCIA IGUAL ENTRE LOS ELECTRODOS EN METROS

B o PROFUNDIDAD DEL ELECTRODO ENTERRADO, EN ESTE CASO EN EL E-L E C T R O L I T O ( A G U A )

R B RELACIÓN ENTRE EL VOLTAJE MECIDO Y LA CORRIENTE INYECTADAEN

N o ES UN VALOR COMPRENDIDO ENTRE: I Y 2 Y Q.UE DEPENDE DE LA RE.H

LAC!0*N -f DE TAL M A N E R A qUE C U A N D O A = B; N = I.l87; S| ü =A

2A , N « 1.038.

ES D E C I R CUANDO Q.' ES G R A N D E C O M P A R A D O CON A:

f* 4 TT A R -M. (4. 1.2.)

Si 3 ES MUY P E Q U E Ñ A C O M P A R A D A CON A:

f « aTTx R -^M. (4.1.3.)

EL of/METftO DEL ELECTRODO EN N I N G Ú N M O M E N T O T I E N E G^UE SER M A Y O R

Q.UE EL |ü$ DE A.

PARA EL CASO Q.UE NOS OCUPA, SE UT I L I Z A N 4 ELECTRODOS DE VARILLAS

DE ALAMBRE DE COBRE NO . |0 AWG CON LOS SIGUIENTES VALORES:

A • 30 CM.

B " 3' CM.

CON LOS C U A L E S SE T I E N E LA R E L A C I Ó N :

y7. 2.034TTA R -<**!. (4.1.4), EN LA CUA L f ESTX D A D O EN-^M.;

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y R EN OHMIOS.

LAS M E D I C I O N E S DE LA R E S I S T I V I D A D SON R E A L I Z A D A S AL C O M I E N Z O Y AL

F I N A L DEL E X P E R I M E N T O CON CADA ELECTRODO, TOM/NDOSE 5 LECTUftAS

CON EL MULTÍMETRO D I G I T A L Y V A L O R E S DE C O R R I E N T E CON UN AMPERÍME-

TRO AEG DE P R E C I S I Ó N o*^. LUEGO SE TIENE EL V A L O R PROMEDIO R0

LA R E S I S T Í V I D A D MED (DA P A R A EL A G U A P O T A B L E DE QUIT9 HA V A R I A D O

DESDE; i3t-°-M. HASTA 223-^-w.; VALORES q,uE FUERON CALCULADOS ENTRE

EL lo. DE OCTUBRE DE 1.974- Y EL 22 DE JULIO DE 1.975.

ESTOS VALORES SE PODRÍAN INCLUIR EN LA TABLA DE RESISTIVIDADES -

PROMEDIO PARA LOS DIFERENTES TIPOS DE SUELOS, EN LA FORMA QU E S¿

GUE:

TIPO DE TERRENO RES I S-T I V I DAD PRO MED | Q

SUELO ORGÁNICO HÚ*MEDO . ........ . ,. . . . iO-^M.

SUELO HLJMEDQ * . . . * . ............. iOO-«-M.

ELECTROLITO AGUA POTABLE QUITO ......... |77- M.

SUELO SECO .c .................. i .000 - M.

MANTO Rocoso ............. * . * . l

DEBE ANOTARSE C^UE ESTOS VALORES SON APROXIMADOS Y VALIDOS CUANDO

'EL TERRENO ES. HOMOGÉNEO HASTA POR LO MENOS 3 METROS DE PROFUNDA -y

DAD?. *%-$*

LA R E S I S T I V I D A D DEL A G U A POTABLE EN EL M O D E L O ES M E D I D A A UNA P RO,

F U N D I D A D DE 3 CM»

EN LA. T A B L A 3.1 SE I N D I C A LA R E S I S T I V I D A D M E D I D A EN C A D A EX-PERIMEJN

T0#,

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72-

4*2 LA RES ISTENCJ A DE PUESTA A TJ tRRA

EL CONCEPTO DE RESISTENCIA DE PUESTA A r TIERRA PUEDE DEMOS

TRARSE CONSIDERANDO LA FORMA, MA*S SIMPLE DE ELECTRODO, UNA SE-

MI ESFERA^ MET XL IC A ENTERRADA AL MISMO N I V E L Q.UE LA SUPERFICIE

DEL SUELO F|G, 4.2. 0..

Fie. 4.2.l.

SUPÓ*MGASE Q.UE UNA CORRIENTE I SE INYECTA EN EL ELECTRODO SEMIESFÉ*R¿

CO Y FLUYE RADIALMENTE H A C I A LA TIERRA QUE ES DE R E S I S T I V I D A D UNÍ -

FORME Y DE UNA EXTENSIÓN INFINITA. t_A RESISTENCIA DE ESTA PUESTA A

TIERRA PUEDE CALCULARSE POR:

(4.2.1.)

EN LA q,UE R ES. LA RESISTENCIA ENTRE DOS CARAS DE UN CUERPO CONDUC-

TOR DE RESISTIVIDAO f , LONGITUD- L, Y DE ¿REA TRANSVERSAL UNIFORME

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-73-

A EN XNGULO RECTO AL FLUJO DE CORRIENTE. EL X»EA DE LA SEMIESFERA

esTX DADA POR:

A « 2TT r2 (4.2.2.)

PUESTO Q.UE EL XREA TRANSVERSAL SE APLICA SÓLO PARA LA LONGITUD, dn

DEL CAMINO DE CORRIENTE SE TIENE:

«4.2 -3>

EL DIFERENCIAL DE RESISTENCIA DR PUEDE INTERPRETARSE COMO LA RE -

S ISTENC I A ENTRE LAS CARAS OPUESTAS DE UNA C/SCARA SEM I ESFÉ*R I CA DE

R A D I O R Y ESPESOR ÓR. LA RESISTENCIA ENTRE LA SEM1ESFERA METÁLICA

A DE RADIO R£ Y UN ELECTRODO S EM I ESFé*R I CO HUECO DE RADIO R SE: TIE-

NE INTEGRANDO ENTRE LOS LÍMITES R¿ Y RL

r,

R s on * Jlr., . I— (.- J. j (4.2.4)

Si rL ES MUY GRANDE: R SE REDUCE A:

R „ -_£._ (4.2.5)

LA ECUACIÓN (4.2.5) DA\A INTERPRETACI Ó*N FÍSICA DEL S I G N I F I C A D O

DE LA RESISTENCIA A TIERRA. LA RESISTENCIA A TIERRA DE UN ELECTRO.

DO SEMIESFÍRICO (o CUALQUIER OTRA FORMAD DE ELECTRODO RUÉ PUEDA ES*

COGERSE), ES LA RESISTENCIA. DESDE EL ELECTRODO MET/LICO MISMO, A.

TRAVOS DE UN CAMINO DE /RE* TR ANSV.Efí&AL INCREMENTADA A UN ELECTRO^

DO I M A G I N A R I O DE R A D I O INFINITO.

PARA CONSIDERACIONES PRACTICAS NO ES NECESARIO TENER UN ELECTRODO

DE RADIO INFINITO COMO EL DESCRITO. DE LA ECUACIÓN (4.2.4) PUEDE

NOTARSE q,UE SI R- ES |0 VECES EL VALOR DE RA , LA RESISTENCIA CAL. H — •

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-74-

1 C U LADA R ES EL 90 $ DEL V A L O R DADO POR LA E C U A C I Ó N (4.2.5) DE

É*STO PUEDE CONCLUIRSE: q,uE LA MAYOR PARTE DE LA RESISTENCIA POR

UNA- CONEXIÓN A T I E R R A RESIDE EN EL V O L U M E N DEL SUELO 9.UE EST¿

C E R C A N O AL ELECTRODO DE T I E R R A .

LA E X P R E S I Ó N PASA C A L C U L A R LA R E S I S T E N C I A DE PUESTA A T I E R R A DE

UN ELECTRO EEM!ESFÉRICO SE HA D E S A R R O L L A D O EN UNA F O R M A MATEMXTJ_

CA SIMPLE, PERO LA F O R M A DE UN ELECTRODO S E M I E S F ^ R I C O R A R A VEZ -

SE U T I L I Z A EN LA PR/CTICA-.

LAS EXPRESIONES P A R A C A L C U L A R LA R E S I S T E N C I A DE LOS ELECTRODOS -

pRXcTicos SE: DERIVAN DE LA TEORÍA DE CAMPOS»

A C O N T I N U A C I Ó N SE DA LA TABLA DE FÓRMULAS A P R O X I M A D A S P A R A EL

C/LCULO DE LA R E S I S T E N C I A DE PUESTA A T I E R R A .

(R2).

A. SEMI ESFERA DE R A D I O A

aO VARILLA DE TIERRA DE LONGITUD Y RADIO A».

R . _>L ( LN ik- l)2TTL A

c) ALAMBRE HORIZONTAL, LHGITUD^ 2L, ALTURA S/2.

A " 2L -fóL^ 5|2 L4

D) ALAMBRE; EN L, LONGITUD L Y A L T U R A S/2.

f ~ 21 2L * S S2 S^R „ W¿L~. ( , - * + LN¡ "* - n.2373> + 0.2it46 f +n 1035 "Y -0.0424 —

I N » . O V I U * I I •4TTL A L L L

*E) ESffRELLA DE TRES PUNTAS, L O N G I T U D ^ DEL B R A Z O L, A L T U R A S/2.

R « - .- (LNI -»- LNJ * + ,.07i - 0.209 ^ + 0*238 - 0.054 "4 .. .

6TTL * S ' L

r) ESTRELLA DE 4 PUNTAS, L«NGITUD' DEL B R A Z O L, A L T U R A S/g.

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-75-

8 L

LN i!» 2.9 1 2 -i * + 0»645 T7 ~ 0.145L L, L

c) ESTRELLA DE 6 PUNTAS, LONGITUD- DEL BRAZO L, ALTURA S/2.

„-£— (12 L

R 2L 2L S S^ '— + LNi —* + ó.85l - 3.128 "-*- 1.758 ~*> - 0.49

S L L

H) ESTRELLA DE OCHO PUNTAS, LONGITUD DEL BRAZO L, ALTURA S/2.o

/ 2L 2L S S SR o „£ (LNJ 4- UNJ-T + 10.98 - 5.5i ~ +3.26 f2 - t . i7

|6 t A ¿ L

I) ANILLO DE ALAMBRE, DIÁMETRO DEL ANILLO D; DI/METRO DEL ALAMBRE- DALTURA S/2.

/> IR8D 40" X LNi .D. S )

Jj) PLACA RECTANGULAR HO R I Z.ONTAL., LONGITUD 2L, SECCIÓN A B, ALTURA S/2

4 L

y s - %¿ +S "" l + 2L |6 L 5i2 L

K) PLACA REDONDA HORIZONTAL, R A D I O A, AÍETURA S/2.

4.

—.;_.-._ í « •"*"•* "M ,0 Q»

8 A

« 4 ....

1 2 S. 4* S .

.} PLACA REDONDA VERTICAL,. DE RADIO A, ALTURA S/2.

R ^ «¿. + ™^_ (,

8A-

2 47 A 99 rii A^

o/ S + 320 S

lR3))

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-76-

'4.3, CALCULO DE LA RES ISTENC IA DE PUESTA A TI ERRA

PARA CALCULAR LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA, SE APLICAN

LAS FÓRMULAS CORRESPONDIENTES A CADA ELECTRODO TOMANDO EN

CUENTA ALGUNAS SIMPLIFICACIONES DEBIDAS A LAS DIMENSIONES

'-'•'- '••*' DE LOS ELECTRODOS C^UE SE H AB f AN PR EV ISTO AL DIMENSIONAR Y -

CONSTRUIR LOS ELECTRODOS.,. L.OS. DATOS DE LAS DIMENSIONES Y EL

VALOR DE LA RES ISTIV ID AD¡ SE AtJOTAN EN LA TABLA 1.3.1. Y 3.1

RESPECTIVAMENTE.

LOS VALORES CALCULADOS SE REPRESENTAN EN LA TABLA 4.3.1.

ELECTRODO TIPO R

SEMlESFEf íA DE R A D I O A-

VARILLA DE TIERRA

ALAMBRE HOR IZ.ONTAL

ALAMBRE EN L

ESTRELLA DE TRES PUNTAS

ESTRELLA DE SEIS PUNTAS

ESTRELLA. DE OCHO PUNTAS

ANILLO DE ALAMBRE

PLACA RECTANGULAR

PLACA REDONDA HORIZONTAL

PLACA REDONDA- VERTICAL

I0330

1.683,96

1.025

1.083 - -

1.442,6

1.1 13

1.048

828,A|

1.128,3

935,63

867, 22

TABLA 4.3.i.

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4 » 4

CON LOS VALORES ^CALCULADOS

LA C O M P A R A C I Ó N SE RESUME EN LA T A B L A 4.4^1, EN LA CUAL SE DE.

• T E R M I N A UN F A C T O R DE R E L A C I Ó N K ENTRE LOS V A L O R E S MEDIDOS

CULADOS.

ELECTRODO TIPO

A. SEMIESFERA

B. VARILLA.

c. ALAMBRE: HORIZONTAL

D. ALAMBRE EN L

E. ESTRELLA DE TRES PUNTAS

F» ESTRELLA DE CUATRO PUNTAS

G. ESTRELLA DE SEIS PUNTAS

H*. ESTRELLA DE OCHO PUNTAS

1. ANILLO DE ALAMBRE

jj» PLACA RECTANGULAR

K» PLACA REDONDA- HORIZONTAL

L» PLACA REDONDA VERTICAL

. VALOR

MEDIDO

526

625

500

477

7|4

637

532

463

400

54|

350

312.6

VALOR

CALCULADO

1.330

1.683,96

1.025

1.083

1.442,6

I.3I2

1. 1 13

1.048

828,4i

1.128,3

935,63

867.22

COEF ICIENTEJC

2.53

2.69

2.09

2o27

2.02

2.06-

2. lO

2.26

2.07

2.09

2.67

2.77

TABLA 4.4.i

ESTA T A B L A NOS D E M U E S T R A C L A R A M E N T E CJ.UE LA RELACHÍ^l ENTRE EL V A L O R

C A L C U L A D O Y EL M E D I D O EN EL MODELO, V A R Í A DE 2 A 2.8, DE TAL M A N E R A ,

CIUE NOS DA UNA IDEA DE UN F A C T O R DE CQRRECClO'N K P A R A UN N U E V O ELEC

TRODO qüE SE E N S A Y A EN EL MODELO.

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—78-

C A E . i I U . k 2 . 2 U I ü J o

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-79-

I CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.„„„__ _ ™__.__™_._ .

DE ESTE T R A B A J O R E A L I Z A D O , SE PUEDEN E N U M E R A R LAS S I G U I E N T E S CON -

CLUS IONES I

I » EL MODELO F U N C I O N A B I E N P A R A D E T E R M I N A R LA D I S T R I B U C I Ó N DE PO -

T E N C I A L A L R E D E D O R DE C U A L Q U I E R ELECTRODO DE PUESTA A T I E R R A , 08,

J E T I V Q P R I N C I P A L QUE PERSEGUÍA ESTE T R A B A J O .

2. DE LOS ELECTRODOS E X P E R I M E N T A D O S , EN SU M A Y O R PARTE T I E N E N UNA

D I S T R I B U C I Ó N DE P O T E N C I A L C O N C E N T R A D ? EN LOS P R I M E R O S |5 CM. -

3» LA D I S T R I B U C I Ó N DE P O T E N C I A L ES DE LA F O R M A DEL ELECTRODO EN LAS

C E R C A N Í A S DE £*STE.

4. LA- M A Y O R PARTE DE ELECTRODOS E X P E R I M E N T A D O S T I E N E N S O L A M E N T E UN

2% DE V O L T A J E EN LOS Ú L T I M O S lO CM. C O R R E S P O N D I E N T E S A V O L T A J E S

DE I Y 2 VOLTIOS, C U M P L I E N D O DE ESTE M O D O EL C O N T R A E L E C T R O D O LA

F U N C I Ó N DE T I E R R A . DE R E F E R E N C I A .

5, EL l8$ DE LA D I S T R I B U C I Ó N DE P O T E N C I A L SE HALLA. EN LOS 25 CM, -

I N T E R M E D I O S Y A G R U P A E Q U I P O T E N C I A L E S Q.UE VAN DESDE 20 V O L T I 9 S A

5; V O L T I OS»

6# APARTE DEL EQUIPOTENCIAL 20 VOLTIOS PR/CT i CAMENTE SE VA DEFINIE

DO LA. F O R M A DEL C O N T R A E L E C T R O D O SEM ¡ ESF E* R I CO .

7, LA I N F O R M A C I Ó N QUE SE TIENESOBRE LA D I STR 1 BU C I ÓN DE P O T E N C I A L -" l r i

DE CADA ELECTRODO DEFINIDO EN EL ESPACIO ES BASTANTE COMPLETA.

8. LAS TENSIONES DE PASO PELIGROSO SE PUEDE VER CLARAMENTE EN EL -

PERFIL DE POTENCIAL (GRXFICO DE EQUIPOTENCIALES) PARA CUALQUIER

XNGULO QUE DEFINE EL ELECTRODO.

9* EL PROGRAMA DE COMPUTADORA ES UNA HERRAMIENTA NECESARIA EN ES-

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-80-

X

lO. LA R E S I S T E N C I A DE PUESTA A T I E R R A RESULTA DE F/CIL Y RA*P|DA ME-

DÍ C I 0*N , PARA LUEGO SER C O R R E G I D A POR UN FACTOR DE R E L A C I Ó N K, RUÉ

EN EL CASO E X P E R I M E N T A L V A R f A DE Z Jt 2.8.

CON EL T R A B A J O R E A L I Z A D O , SE DESEA DAR EL P R I M E R PASO U T I L I Z A N D O EL

MODELO, POR LO TANTO SE VE LA N E C E S I D A D DE C O N T I N U A R L A B O R A N D O Y A.

V A N Z A N D O MA*S, P A R A EN UN F U T U R O NO MUY L E J A N O , VER C R I S T A L I Z A D A LA

U T I L I D A D PR/CTICA DEL MODELO. SE R E C O M I E N D A POR TANTO!

A.. MEJORAMIENTO DE CONTRAELECTRODO, HACIÉNDOLE wXs MAULADO, A FIN -

DE EVITAR LOS VOLTAJES DE FUGA RUÉ SE TIENEN FUERA DE £ L , SIN

EMBARGO DE SER VALORES DESPRECIABLES.

B, TOMAR MEDICIONES LO M/S CERCANAS POSIBLE, DE PREFERENCIA A ÍNTER.

VALOS DE I CM. TANTO EN EL EJE X COMO EN EL Y POR LO MENOS E N->9

LOS P R I M E R O S 20 CM. CON EL OBJETO DE RUÉ LA I NTER PO L AC I Q*N L I N E A L

SEA LA MA*S A P R O X I M A D A A LA R E A L I D A D .

c» UTILIZAR DE PREFERENCIA UN MULTÍMETRO D I G I T A L , PUESTO RUÉ SE TIE.

NE VALORES DILECTOS EN LA PANTALLA Y SE EVITA EL ERROR DE LECTU-

RA, Y DE ESCALA,

'"**

D. PROBAR CON LOS DIFERENTES GRADOS DE CONDUCTIVIDAD DEL ELECTROLI-

TO.

E» PROBAR CON TENSIONES M/S ALTAS Y « DIFERENTES FRECUENCIAS.

F. PROBAR CON ELECTRODOS MALLADOS.1G. PROBAR CON ELECTRODOS ASIMÉTRICOS.

n r.

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A P É N D I C E I

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PARA: TAdULAR DATOS, INTERPOLAR,Y GRÁFICAS EN FORMA DISCriETA LA D ISTRIBUCIÓN DE

r'ÜTtrJCIAL ALHtUEDÜií Ü£ ELECTriOOúS DE PUESTA A T1EHHA

PAT.F 0001

nn^* J *-n^--*T( ( i .:->-»nniT n^ v-tiL^r, -Min nno ? <r->:i^aTf ^i«--> .nill .TI rtr--*--. f , rrr, T ,nn) i ^-^ '-•'' -• -« Í.T ( i i ^ a , T j inm i j-ínoi •> i^i001 1 NVtiL i = J10T4 »TfS )-n.in j^ -^ ^ E- •. -- : i _ - - , 1 ! ( * í ! 1 . v [ i 1 , ,/ ( I > . t - 1 . " Jon i^ i rn«aM»«Ti <ií ->FI. i ,p*.»n0017 fin * 1-1 , aOO1* T^C^Í ÍL Í -Y (T l l f i , f i .SO O 1 0 S V Jf Í'Í-O.00^1 KJf..H-S00?t J^^»»

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- 83 ~

A P É N D I C E

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