método para medir la resistencia de puesta a tierra de grandes

MÉTODO PARA MEDIR LA RESISTENCIA DE
PUESTA A TIERRA DE GRANDES SISTEMAS.
RESUMEN
Existen varios métodos para medir la resistencia de puesta a tierra de sistemas
eléctricos, cada uno de los cuales establece un trabajo de campo bastante arduo,
que depende del tamaño del sistema de puesta a tierra, se pretende mostrar un
método que reduce la utilización de grandes extensiones de terreno para la
medida de la resistencia con resultados tan satisfactorios como los otros
métodos que existen para medir tal valor.
Jorge Humberto Sanz Alzate
Profesor Asistente Universidad
Tecnologica de Pereira.
e-mail: [email protected]
Sandra Milena Perez Londoño
Profesor Universidad Tecnológica de
Pereira.
e-mail: [email protected]
ABSTRACT
Several methods exist to measure the resistance of putting to land of electrical
systems, one or other one establishes a work of arduous enough field, and this
depends on the size of the system of putting to land, we try to show a system
that simplifies the field work with results as satisfactory as other methods that
exist to measure such a value.
1.
INTRODUCCIÓN.
El trabajo de campo necesario para medir la resistencia de
puesta a tierra de grandes sistemas implica un despliegue de
equipo y un terreno bastante amplio contiguo al sistema
que se va a medir, según la IEEE 81 Std 81.2 - 1991,
generando una gran dificultad a la hora de realizar dicha
tarea, puesto que en ocasiones no se cuenta con terrenos
adyacentes propios o físicamente no es posible acceder a
estos, por lo tanto se requiere plantear un sistema de medida
que no sea tan exigente en terreno pero que sea confiable.
2.
MÉTODO DE LA INTERSECCIÓN DE
CURVAS.
Este método se basa fundamentalmente en la regla del
61,8%, el cual fue presentado para la medición de grandes
sistemas de puesta a tierra (Iguales o mayores a 20000 m2)
 este método resuelve dos problemas que se presentan en
la práctica:
☼
La distancia a la cual deben ser ubicados los
electrodos de emisión y medición auxiliares, puesto que al
utilizar el método de la caída de potencial con aplicación de
la regla del 61,8% la ubicación del electrodo de emisión a
6,5 veces la máxima longitud del sistema de puesta a tierra
a medir implica distancias de hasta 500 o más metros, casos
en los que es difícil medir.
☼
La dificultad que se presenta por la acción del
 IEEE 81 Std. 81.2 – 1991. Guide for Measurement of
Impedance and Safety Characteristics of Large, Extended
or Interconected Grounding Systems IEEE 81 – 2, 1992,
pp. 9.
efecto mutuo (superposición de zonas de influencia) que se
presenta por la utilización de grandes distancias para los
electrodos auxiliares.
Para medir la resistencia de puesta a tierra de cualquier
sistema es necesario evaluar las distancias a las cuales se
ubicarán los electrodos auxiliares a partir de un punto
específico; es decir se debe establecer un punto de origen
para las mediciones. A primera vista resulta lógico pensar
en una coincidencia entre el centro geométrico y eléctrico
de un sistema de puesta a tierra, esto coincide para sistemas
simples como el de un solo electrodo, o en algunos casos
esto puede ser cierto pero es apenas una casualidad. Las
situaciones reales de mallas de puesta a tierra complejas,
con múltiples conexiones, tubos, electrodos y conductores,
nos puede brindar una geometría de contorno regular
(rectangular, triangular, etc.), pero no se comporta
eléctricamente sobre un punto de vista de conexión central
como un figura definida.
Para resolver el problema de la determinación del centro
eléctrico del sistema de puesta a tierra a medir se puede
implementar un software adecuado para tal fin, al cual se le
deben suministrar los datos geométricos del sistema de
puesta a tierra y la resistividad específica del terreno donde
se aplica dicho sistema de puesta a tierra; sin embargo G.F.
Tagg  en un documento publiccado en la IEEE en 1969,
elimina la necesidad de la determinación del centro
eléctrico, es decir, elimina la necesidad de extensos
cálculos y simplifica la medición al necesitar menores
distancias en la ubicación de los electrodos auxiliares.
 TAGG G. F. “Measurement of the resistance of An
Earth – Electrode covering a large area” IEE Procedings,
Vol. 116, Mar. 1969
SCIENTIA ET TECHNICA No.
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2.
El método de la intersección de curvas consiste en obtener
varias curvas de resistencia de puesta a tierra, colocando el
electrodo de emisión B a varias distancias y asumiendo
varias posiciones para el centro eléctrico del sistema de
puesta a tierra bajo prueba, y a partir de estas curvas por
medio de un procedimiento se obtiene la resistencia del
sistema de puesta a tierra y la posición exacta del centro de
la malla.
3.
4.
Supongamos que todas las mediciones son hechas a partir
de un punto de inicio O, la distancia al electrodo de emisión
B es C, y P es la distancia variable del electrodo de
potencial N. Luego se traza una curva de resistencia
respecto a la distancia de P (figura 1b).
5.
Basándose en las dimensiones del sistema de
puesta a tierra, se determina la distancia C del
electrodo de emisión , para cada una de las curvas
que se quieren obtener. Se deben obtener como
mínimo 4 curvas.
Con base en la máxima distancia C a que se
colocará el electrodo de emisión se determina la
distancia de x como un porcentaje de C:
20%,40%,60%,80% y 100%
Teniendo ya los valores de x y C aplicamos la
fórmula DV = 0.618(C + x) – x con la cual
obtenemos las distancias (DV ) a las cuales debe
estar ubicado el electrodo de medición de voltaje.
Al obtener los valores de resistencia de puesta a
tierra con el telurómetro, se trazan las gráficas
R(Leida) vs. Xi tal como lo muestra la figura 2.
Figura 2. Método de intersección de curvas
B
Figura 1. a) Método de la intersección de curvas. b) Curva de resistencia
para grandes sistemas de puesta a tierra.
Se supone el centro eléctrico del sistema de puesta a tierra
en D, a una distancia “x” de O, luego la distancia del centro
al electrodo de emisión es C + x, y el valor real de la
resistencia se obtiene cuando el electrodo de potencial se
coloca a 0,618(C + x) de D, o sea que el valor de D medido
desde O es 0,618(C + x) - x . Para obtener la familia de
curvas inicialmente se deben desarrollar los siguientes
pasos:
1. Determine el punto O, el cual será el punto de
unión entre el telurómetro y el sistema de puesta a
tierra bajo prueba.
2.1 Consideraciones
prácticas
en
la
implementación. Para la implementación de este
método debemos tener en cuenta las siguientes
recomendaciones:
♦
Para determinar el punto de unión entre el
telurómetro y el sistema de puesta a tierra bajo prueba
generalmente tomamos un electrodo ubicado en el
perímetro del sistema de puesta a tierra. Es aconsejable
realizar este tipo de mediciones con telurómetros de cuatro
bornes.
♦
En el momento de la medición se asume que D,
O y C deben estar en línea recta.
♦
Existen límites para la distancia del electrodo de
corriente, por ejemplo si el sistema de puesta a tierra es una
malla cuadrada, la mínima distancia del electrodo de
corriente debe ser mayor que el lado del cuadrado, y debe
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ser menor que el doble del lado, ya que si es demasiado
grande las curvas que se obtienen son muy planas y la
intersección que se obtiene será indefinida.
♦
Es recomendable realizar como mínimo 4 curvas
para las cuales se deben realizar por lo menos 5 mediciones
por cada curva, esto con el fin de obtener muchos valores
de resistencia, los cuales harán que las curvas obtenidas
sean más claras. Por ningún motivo se debe recurrir a datos
de mediciones anteriores, es muy aconsejable que se
dibujen las curvas producto de una sola jornada de trabajo.
♦
Siempre que sea posible haga que el rumbo de la
medición o la ubicación del electrodo de emisión sea
ortogonal al sistema de puesta a tierra bajo prueba, esto
hace que sea posible atenuar errores provocados por
desvíos de resistividades propias del terreno.
♦
Este método puede ser un poco tedioso por las
numerosas mediciones que se deben realizar pero el hecho
de utilizar longitudes relativamente cortas para ejecutarlo
aunado a los resultados muy confiables, hacen de este
método muy apropiado para sistemas muy grandes.
3.
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en este caso sería igual a:
C  2 7 2  7 2  64,3 5 metros.
Datos del trabajo de campo:

La distancia requerida se logró pero se acercaba
mucho a otros sistemas de puesta a tierra.
No se disponía de otras rutas para establecer otras
curvas, puesto que solo se disponía de una franja
en una sola dirección, hacia los sistemas
existentes.

Aplicando el método expuesto se tomaron las siguientes
medidas:
Con una distancia de 20 metros:
C
20 m
Xi
4,00
8,00
12,00
16,00
20,00
EJEMPLO:
Se requiere medir el valor de la resistencia de puesta a
tierra para el sistema eléctrico del edificio de básicos de la
Universidad Tecnológica de Pereira.
Pi
Ri
10,88
9,36
7,84
6,32
4,80
10,56
8,84
7,58
6,55
5,44
Tabla No. Distancia C de 20 metros.
Con una distancia de 40 metros:
C
40 m
Xi
Pi
8
16
24
32
40
Ri
21,76
18,72
15,68
12,64
9,6
6,39
6,23
6,08
5,83
5,52
Tabla No. Distancia C de 40 metros.
Con una distancia de 60 metros:
Malla de: 7m x 7 m. - Cuadrículas de 0,5 m
Profundidad : 0,5 m - Conductor utilizado: 2/0 - cu
Si se utilizara cualquier método distinto al de intersección
de curvas, la distancia requerida para ubicar el electrodo de
inyección de corriente desde el punto de contacto de la
malla sería igual a 6,5 veces la longitud mayor de la malla,
C
60 m
Xi
Pi
12
24
36
48
60
Ri
32,64
28,08
23,52
18,96
14,4
Tabla No. Distancia C de 60 metros.
6,41
6,3
6,2
6,06
5,89
SCIENTIA ET TECHNICA No.
Con
una C
dista Xi
ncia
de
80
metr
os:
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80 m
Pi
16
32
48
64
80
Ri
43,52
37,44
31,36
25,28
19,2
6,27
6,22
6,15
6,08
5,96
En este caso se tomará el valor medio de los cuatro valores
de resistencia correspondiente a cada intersección, esto es
:
- Valor 1: 6.2 Ω, el cual corresponde a la
intersección de la curva de C=20 y la curva de
C=40.
- Valor 2: 6.4 Ω, el cual corresponde a la
intersección de la curva de C=20 y la curva de
C=60.
- Valor 3: 6.3 Ω, el cual corresponde a la
intersección de la curva de C=20 y la curva de
C=80.Valor 4: 6.2 c, el cual corresponde a la
intersección de la curva de C=20 y la curva de
C=40.
Por lo tanto el valor medio de dichos valores es igual a:
Tabla No. Distancia C de 80 metros.
RPT 
La figura 3 se obtiene graficando los datos obtenidos en los
cuatro grupos de medidas con relación a Xi.
Observamos en la gráfica No. 3 cuatro curvas, las cuales
corresponden a cada grupo de datos, dependiendo de la
distancia al que se halla colocado el electrodo de corriente.
Se puede observar en la misma figura dos círculos que
encierran cuatro intersecciones, y de acuerdo al
planteamiento teórico del método, se debería presentar una
sola intersección para todas las curvas, el cual
correspondería al valor de la resistencia de puesta a tierra,
para el caso que nos ocupa se debe establecer un
procedimiento que nos permita establecer un único valor
de la resistencia de puesta a tierra.
6,2  6,4  6,3  6,2
 6,3 
4
El valor oficial de la resistencia de puesta a tierra del
sistema eléctrico del edificio de Ciencias Básicas de la
Universidad Tecnológica de Pereira es de 6.3 Ω.
SCIENTIA ET TECHNICA No.
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Es importante destacar que el hecho de utilizar pequeñas
extensiones para medir la resistencia de puesta a tierra, nos
permite establecer una garantía de que no se presentó
influencia de sistemas externos para la medida, por lo tanto
hacer que el valor obtenido tenga el más alto grado de
confiabilidad.
Se utilizó el método de la pendiente para verificar el valor
obtenido y por medio de este método se estableció un valor
para la resistencia de puesta a tierra de: 6,74 Ω
De acuerdo a la metodología de la IEEE80-2000 los
cálculos para dicha malla los resultados son los siguientes:
RESULTADOS DE CALCULO
Conductor suficiente malla
1/0
Longitud Total del cable
112,000
Longitud Total varillas
12,000
Area CM NEC para sop.I falla
24,224
Diámetro(m) conductor escogido
0,0103
Area Total de la malla
49,000
Resistencia (Nieman) en ohmios
6,492
Tension de Paso Permitida
12280,050
Tension de Contacto Permitida
3236,536
Constante KI
2,026
Constante KM
0,406
Constante KS
0,839
Tensión de Paso Real de la malla
6829,138
Tensión de Contacto Real de la malla
3305,466
SCIENTIA ET TECHNICA No.
De acuerdo a los resultados y a la lectura de la resistencia
de puesta a tierra de este sistemas mediante el método que
se describió nos permite establecer una comprobación a la
efectividad del método.
4. CONCLUSIONES
Este método permite establecer la medida de la resistencia
de puesta a tierra de manera confiable, utilizando pequeñas
franjas de terreno adyacentes al sistema a medir, evitando la
influencia de sistemas cercanos, que puedan influir en la
medida.
El método requiere un trabajo de campo un poco amplio
que en ocasiones puede ser un elemento disuasivo para la
aplicación del método, pero su efectividad permite asegurar
su utilización en sistemas de puesta a tierra grandes.
5. BIBLIOGRAFÍA.
IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding
Electronic Equipment, IEEE Std 1100-1999.
A comparison of IEC479-1 and IEEE Std 80 on grounding
safety criteria, C.H. LEE and A.P.SAKIS MELIOPOULOS.
MANUAL DE TECNICAS EN MEDICIONES DE
SISTEMA DE PUESTA A TIERRA.- 2000- Tesis de
grado. Universidad de la Salle, Santafé de Bogotá.
WENNER, F. A Method of Measuring Earth Resistivity.
Scientific Paper of the Bureau of Standards No. 258.(1915)
pp. 469.
/2002
zCALCULO DE MALLA A TIERRA
METODOLOGIA: IEEE 80 de 2000
PAIS
CIUDAD:
COLOMBIA
Pereira
EMPRESA:
Univeridad Tecnológica de Pereira
FECHA:
Marzo 30 de 2003
POTENCIA SUBESTACION
150 KVA -Edificio de Básicos
DATOS
Corriente de malla en condiciones de falla (Amperios)
5000,0
Tiempo de despeje de la falla (Seg)
0,5
Temperatura ambiente(Centigrados)
27,0
Conexiones con exotérmica (Cadweld)
Resistividad en Ohmios - metro.
si
101,1
Profundidad de la malla(m)
0,5
Longitud lado cuadrícula(m)
1,00
Rectángulo malla(Largo)
7,0
Rectangulo Malla(ancho)
7,0
Numero varillas de cobre
5,0
Longitud c/u varillas(m)
2,4
Cond.pre-escogido('1/0,'2/0,'4/0)
2/0
Resistencia gravilla o gap (Ohmios)
Espesor de la Gravilla o gap(m)
10000
0,5