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inelectra INEDONDEPARTMENTO DE INGENIERIA ELECTRICA N° 903-P3070-E09-TEC-101

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MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD DEL SUELO Y RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA

903-P3070-E09-TEC-101.doc/28/10/2004 1 de 12 IN-0038MSW/13/Sep.99.R4C

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FEB. 03 Emisión Original EG/OA EG RT


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Indice

Sección Título Página

1. INTRODUCCIÓN.................................................................................................... 3 2. METODOLOGIA DE MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD DEL SUELO ....................... 3 3. PROCEDIMIENTO DE MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD......................................... 5 4. MEDICIÓN DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA ....................................... 6 4.1. Método de caída de Potencial ................................................................................ 7 4.2. Método Directo ..................................................................................................... 11


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1. INTRODUCCIÓN

El presente documento tiene por finalidad mostrar la metodología empleada y las recomendaciones que se deben tomar en cuenta a la hora de realizar una medición de resistividad de suelos y resistencia de puesta a tierra.

2. METODOLOGIA DE MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD DEL SUELO

El método mas comúnmente usado para obtener el valor de la resistividad del suelo se denomina: METODO DE WENNER o MÉTODO DE LOS CUATRO (4) ELECTRODOS. Este método consiste en alinear en el suelo al cual se le desea conocer el valor de la resistividad del suelo, cuatro (4) electrodos separados la misma distancia entre ellos. La profundidad a la cual se debe enterrar las barras auxiliares varía entre 10 y 20 centímetros, pero en caso de tratarse de suelos muy compactados la profundidad de enterramiento será tal hasta lograr que los electrodos queden auto soportados en el terreno. Se requiere de un equipo de medición de resistividad del suelo, el cual consta de cuatro terminales: dos (2) para inyectar corriente y dos (2) para medir tensión. Los terminales de tensión se conectan a las barras o electrodos del centro y los de corriente se conectan en las barras o electrodos de los extremos. La figura N° 1 ilustra el método de WENNER. La medición de la resistividad del suelo realizada por este método permite conocer la resistividad del suelo a diferentes profundidades ya que la teoría del mismo indica que cuando se realiza una medición de resistividad se forma una semiesfera imaginaria alrededor de los electrodos de potencial (los dos (2) electrodos centrales) cuyo radio es igual a la separación entre los electrodos. De aquí la importancia de separar los electrodos la misma distancia. El equipo suministra directamente el valor de la resistencia, el valor de la resistividad se obtiene mediante la siguiente expresión matemática: RESISTIVIDAD = 4*∏*a*R/ (1 + 2ª/(a2 + 4b2)1/2 – a/ (a2 + 4b2)1/2) Si se considera que a>>b la expresión anterior queda reducida a RESISTIVIDAD = 2*∏*a*R Donde: R = Resistencia (ohm) a = Separación entre electrodos (metros) b = Profundidad de enterramiento de los electrodos (metros)


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FIGURA N° 1


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3. PROCEDIMIENTO DE MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD

A continuación se presenta el procedimiento a seguir para realizar las mediciones de resistividad del suelo:

• Se deberán identificar cuatro (4) trayectorias de medición de resistividad del

suelo. Estas trayectorias de medición permitirán conocer el valor aparente de resistividad del suelo. Las trayectorias deberán ser escogidas de manera tal de poder abarcar toda el área donde se le desea conocer el valor de resistividad del suelo. Por lo general se escoge un trayectoria diagonal, una o dos en el área de procesos y otra en la periferia. En algunos casos las trayectorias de medición deberán escogerse de forma tal de que se abarque toda el área del proyecto, es decir una trayectoria diagonal y trayectoria transversal y dos trayectorias en la periferia.

• Se deberá analizar el área a ser ensayada, es decir, antes de realizar la medición se procederá a identificar si en el área existen estructuras metálicas enterradas antes de realizar las mediciones.

• En caso de existir estructuras metálicas enterradas (tuberías, sistema de puesta a tierra, tanques) las mediciones deberán realizarse perpendicular a las mismas, ya que éstos afectan la medición.

• Para cada trayectoria se realizarán mediciones de resistividad aparentes del suelo separando los electrodos 1, 3 y 5 metros, porque los primeros metros de profundidad son importantes estudiarlos para los sistemas de puesta a tierra y protección catódica.

• A partir de 5 metros las mediciones de resistividad se realizarán cada 5 metros, es decir, a 10, 15 hasta llegar a 20 metros.

• La profundidad a la cual se enterrarán los electrodos dependerá de la correcta fijación en el terreno y puede variar desde entre 0.1 hasta 0.3 metros.

• En caso de que existan líneas de transmisión cercanas al área donde se van a efectuar la medición se recomienda realizar la misma en una dirección perpendicular a la línea de transmisión.

• En caso de que el terreno se encuentre muy seco, humedecer los electrodos de los extremos.

• Las mediciones de resistividad del suelo deberán realizarse durante la época seca y de lluvia del año.


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4. MEDICIÓN DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA

La resistencia a tierra de cualquier sistema de electrodos teóricamente puede calcularse de las fórmulas basadas en la formula general de la resistencia: R = p L A En donde p es la resistividad de la tierra en ohm-cm, L es la longitud de la trayectoria de conducción, y A es el área transversal. Una vez instalado un sistema de puesta a tierra es necesario verificar el valor de la resistencia que presenta dicho sistema. La figura N° 2 muestra un esquema típico de un sistema de puesta a tierra.

FIGURA 2. COMPONENTES DE LA RESISTENCIA DE TIERRA EN UN ELECTRODO DE TIERRA.

Para obtener el valor de un sistema de puesta a tierra existen varios métodos a saber: a) Método de la Caída de Potencial. b) Método Directo.


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4.1. Método de caída de Potencial

Este método requiere de un MEGGER y de tres (3) electrodos a saber: a) Electrodo N° 1: Sistema de puesta a tierra al cual se le desea conocer el valor de la

resistencia de puesta a tierra. b) Electrodo de Potencial: Electrodo auxiliar que permitirá obtener el valor de la caída

de potencial. c) Electrodo de Corriente: Electrodo auxiliar que permitirá inyectar la corriente para

hacer la prueba. El método cosiste en encontrar la mínima distancia a la cual se puede ubicar el electrodo de corriente de forma tal de estar fuera del área de influencia del electrodo N° 1 (sistema de puesta a tierra). La figura N° 3 muestra esquemáticamente el método. Se alinean los tres electrodos ubicando el electrodo de corriente a cierta distancia del electrodo N° 1 y se ubica el electrodo de potencial en varios puntos (por lo general 9 entre los dos electrodos) con la finalidad de crear una curva de resistencia vs distancia.

FIGURA 3. PRUEBA DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA POR EL MÉTODO

DE “CAIDA DE POTENCIAL”.


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El procedimiento de medición es de ensayo y error, se comienza colocando el electrodo de corriente a cierta distancia del electrodo de prueba. Luego se ubica el electrodo de potencial en 9 posiciones diferentes entre ambos electrodos y con la ayuda del Megger se obtienen el valor de la resistencia para cada una de las 9 ubicaciones del electrodo de potencial. Una vez culminado este procedimiento se grafica la curva que se observa en la Figura N° 4.

Figura N° 4. CURVA DE REISSTENCIA VS. DISTANCIA En esta Figura se observa que los electrodos de corriente y de potencial se encuentran dentro del área de influencia del electrodo de tierra, por lo cual al analizar la gráfica se obtiene que a medida que se incrementa la distancia se incrementa la resistencia.

El procedimiento anterior es repetido tantas veces, colocando el electrodo de corriente a una distancia mayor, hasta que se obtenga que efectivamente el electrodo de corriente, el de potencial y el de el sistema de puesta a tierra se encuentran fuera del área de influencia y esto se conoce cuando se observa cuando se obtiene una gráfica como la que se muestra en la figura N° 5.


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Figura N° 5 CURVA DE RESISTENCIA Vs. DISTANCIA. ELECTRODOS FUERA DEL AREA DE INFLUENCIA DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA A SER ENSAYADO

En este caso se aprecia que hay una parte de la curva la cual es horizontal y que prácticamente el valor de la resistencia permanece invariable con respecto a la posición del electrodo de potencial. En esta circunstancia se dice que se logró encontrar la tierra remota y el electrodo de corriente esta fuera del área de influencia del electrodo N° 1 (sistema de puesta a tierra). Solo cuando se encuentra el electrodo de corriente ubicado en tierra remota se puede decir que el valor de la resistencia del sistema de puesta a tierra ensayado correspondo al 62% de la distancia de la tierra remota. La figura N° 6 muestra esquemáticamente la teoría del 62%.


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Figura N° 6 DETERMINACIÓN DEL VALOR DE LA RESISTENCIA DE UN SISTEMA

DE PUESTA A TIERRA

El procedimiento a seguir para realizar la medición de la resistencia de un sistema de puesta a tierra es el siguiente: a) Utilizar un MEGGER de cuatro (4) terminales. Cortocircuita el terminal C1 y P1 y

conectar a estos dos terminales el electrodo de puesta a tierra. b) Ubicar el electrodo de corriente a 10 metros del electrodo de puesta a tierra (a ser

ensayado) y conectarlo al MEGGER en el terminal C” c) Ubicar el electrodo de potencia cada un (1) metro, conectarlo al terminal P2 del

MEGGER y realizar las nueve mediciones de resistencia. d) Graficar los valores de resistencia vs. distancia. e) Si la curva obtenida es similar a la figura N° 7. Colocar el electrodo de corriente a

20 metros del electrodo de puesta a tierra y realizar el procedimiento descrito en el aparte b), c), d) y e).

f) Si la curva obtenida es similar a la figura N° 8 entonces aplicar el criterio mostrado en la mencionada figura, es decir, el valor de la resistencia será igual al valor de la distancia equivalente al 62% de la separación entre el electrodo de corriente y el electrodo de tierra.


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4.2. Método Directo Cuando se emplea un instrumento de cuatro terminales, las terminales P1 y C1 se conectan al electrodo a tierra bajo prueba; las terminales P2 y C2 se conectan a un sistema de tubos de agua completamente metálico.Con un instrumento de tres terminales, conecte X al electrodo a tierra, Py C al sistema de tubos. (Figura 7). Si el sistema de agua es extenso (que cubre un área grande), su resistencia sola debe ser una fracción de un ohm. Después puede tomar la lectura del instrumento como la resistencia del electrodo bajo prueba.

FIGURA 7. PRUEBA DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA “ MÉTODO DIRECTO” Ó “ DOS TERMINAlES”

El método directo es la forma más simple de hacer una prueba de resistencia a tierra. Con este método, la resistencia de dos electrodos en serie se mide – la varilla enterrada y el sistema de agua. Pero existen tres limitaciones importantes: 1.- El sistema de tubos de agua debe ser lo suficientemente grande para tener una

resistencia despreciable. 2.- El sistema de tubo de agua debe ser metálico o en su totalidad, sin ningunos

acoplamientos a flanges de aislamiento. 3.- El electrodo de tierra bajo prueba debe estar lo suficientemente lejos del sistema

de tubo de agua para quedar fuera de su esfera de influencia. En algunos lugares, su electrodo a tierra puede estar tan cerca del sistema de tubos de agua que no se puedan separar a los dos y dar la distancia requerida para medición por medio del método de dos terminales. Bajo estas circunstancias, si se cumplen las condiciones 1 y 2, se puede conectar al sistema de tubos de agua y obtener un electrodo a tierra adecuado. Sin embargo, como precaución contra cualquier posible


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cambio futuro en la resistencia del sistema de tubos de agua también se debe instalar un electrodo de tierra. Este método debe utilizarse para comprobar el valor de la resistencia obtenido en el método de la caída de potencial.

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