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Guía IEEE: Medición de la Resistividad e Impedancia de Tierra
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Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Sociedad de Energía y Energía IEEE Patrocinado por el Comité de Subestacione Subestacioness IEEE Avenida Parque 3 Nueva York, NY 10016-5997 EE. UU. Estándar IEEE 81™-2012 (Revisión de Norma IEEE 81-1983) 28 diciembre 2012 Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81 TM-2012 (Revisión de Norma IEEE 81-1983) Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Patrocinador Comité de Subestaciones del Sociedad de Energía y Energía IEEE Aprobado el 5 de diciembre de 2012 Junta de estándares IEEE-SA IEEE-SA Aprobado el 3 de octubre de 2014 Instituto Americano de Estándares Nacionales Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Resumen:Se presentan métodos y técnicas de prueba prácticos para medir las características eléctricas de los Resumen:Se sistemas de puesta a tierra. Los temas abordados incluyen consideraciones de seguridad, medir la resistividad de la tierra, medir la resistencia de frecuencia del sistema de potencia o la impedancia del sistema de tierra a la tierra remota, medir la impedancia transitoria o transitoria del sistema de tierra a la tierra remota, medir los voltajes de paso y contacto, verificar la integridad de el sistema de puesta a tierra, revisando los métodos comunes para realizar pruebas de puesta a tierra, revisando las características y limitaciones de la instrumentación, y revisando varios factores que pueden distorsionar las mediciones de prueba. Palabras clave: de tierra, aumento tierra, prueba demediciones tierra, IEEEeléctricas, 81TM, tierraimpedancia remota, resistividad del suelo de potencial de tierra, resistencia de • Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, Inc. 3 Park Avenue, Nueva York, NY 10016-5997, EE. UU. Copyright © 2012 por el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, Inc. Reservados todos los derechos. Publicado el 28 de diciembre de 2012. Impreso en los Estados Unidos de América. El Código Nacional de Seguridad Eléctrica y NESC son marcas registradas en la Oficina de Marcas y Patentes de EE. UU., propiedad del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, Incorporated. IEEE es una marca registrada en la Oficina de Marcas y Patentes de EE. UU., propiedad del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, Incorporated. PDF: Impresión: ISBN 978-0-7381-8028-1 ISBN 978-0-7381-8031-1 STD98028 STDPD98028 IEEE prohíbe la discriminación, el acoso y la intimidación. Para más información visite http://www.ieee.org/web/aboutus/whatis/policies/p9-26.html . Ninguna parte de esta publicación puede reproducirse de ninguna forma, en un sistema de recuperación electrónico o de otra manera, sin el permiso previo por escrito del editor. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Aviso y exención de responsabilidad con respecto al uso de documentos IEEE: IEEE: Los documentos de estándares IEEE se desarrollan dentro de las Sociedades IEEE y los Comités coordinadores de estándares de la Junta de estándares de la Asociación de estándares IEEE (IEEE-SA). IEEE desarrolla sus estándares a través de un proceso de desarrollo por consenso, aprobado por el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares, que reúne a voluntarios que representan diversos puntos de vista e intereses para lograr el producto final. Los voluntarios no son necesariamente miembros del Instituto y sirven sin compensación. Si bien IEEE administra el proceso y establece reglas para promover la equidad en el proceso de desarrollo de consenso, IEEE no evalúa, prueba ni verifica de forma independiente la precisión de la información o la solidez de los juicios contenidos en sus estándares. El uso de un estándar IEEE es totalmente voluntario. El IEEE se exime de responsabilidad por cualquier daño personal, a la l a propiedad o de otro tipo, de cualquier naturaleza, ya sea especial, indirecto, consecuente o compensatorio, que resulte directa o indirectamente de la publicación, el uso o la confianza en cualquier documento estándar del IEEE. IEEE no garantiza ni representa la precisión o el contenido del material contenido en sus estándares, y niega expresamente ex presamente cualquier garantía expresa o implícita, incluida cualquier garantía implícita de comerciabilidad o idoneidad para un propósito específico, o que el uso del material contenido en su estándares está libre de infracción de patente. Se suministran documentos de normas IEEE "COMO " COMO ES." ES." La existencia de un estándar IEEE I EEE no implica que no haya otras ot ras formas de producir, probar, medir, comprar, comercializar o proporcionar otros bienes y servicios relacionados con el alcance del estándar IEEE. Además, el punto de vista expresado en el momento en que se aprueba y emite un estándar está sujeto a cambios provocados por desarrollos en el estado del arte y comentarios recibidos de los usuarios del estándar. Cada estándar IEEE está sujeto a revisión al menos cada diez años. Cuando un documento tiene más de diez años y no ha pasado por un proceso de revisión, es razonable concluir que su contenido, aunque todavía tiene algún valor, no refleja completamente el estado actual de la técnica. Se advierte a los usuarios que verifiquen para determinar si tienen la última edición de cualquier estándar IEEE. Al publicar y hacer que sus estándares estén disponibles, el IEEE no está sugiriendo ni prestando servicios profesionales o de otro tipo para, o en nombre de, ninguna persona o entidad. El IEEE tampoco se compromete a realizar ningún deber que cualquier otra persona o entidad le deba a otra. Cualquier persona que utilice cualquier documento de estándares IEEE debe confiar en su propio juicio independiente en el ejercicio de un cuidado razonable en cualquier circunstancia dada o, según corresponda, buscar el asesoramiento de un profesional competente para determinar la idoneidad de un estándar IEEE dado. Traducciones: El proceso de desarrollo de consenso de IEEE implica la revisión de documentos en inglés únicamente. En el caso de que se traduzca un estándar IEEE, solo la versión en inglés publicada por IEEE debe considerarse el estándar IEEE aprobado. Declaraciones Oficiales: Oficiales: Una declaración, escrita u oral, que no se procese de acuerdo con el Manual de Operaciones de la Junta de Normas de IEEE-SA no se considerará la posición oficial de IEEE o cualquiera de sus comités y no se considerará ni se confiará en ella como tal. , una posición formal de IEEE. En conferencias, simposios, seminarios o cursos educativos, una persona que presente información sobre los estándares del IEEE deberá dejar en claro que sus puntos de vista deben considerarse los puntos de vista personales de ese individuo en lugar de la posición formal del IEEE. Comentarios sobre las normas: Los comentarios para la revisión de los documentos de estándares IEEE son bienvenidos de cualquier parte interesada, independientemente de la afiliación de membresía con IEEE. Sin embargo, IEEE no proporciona información de consulta ni asesoramiento relacionado con los documentos de estándares IEEE. 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UU. fotocopias: El Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, Inc. otorga la autorización para fotocopiar partes de cualquier estándar fotocopias: individual para uso interno o personal, siempre si empre que se pague la tarifa correspondiente al Centro de autorización de derechos de autor. Para organizar el pago de la tarifa de licencia, comuníquese con Copyright Clearance Center, Customer Service, 222 Rosewood Drive, Danvers, MA 01923 EE. UU.; +1 978 750 8400. También se puede obtener permiso para fotocopiar partes de cualquier estándar individual para uso educativo en el aula a través del Centro de autorización de derechos de autor. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Aviso a los usuarios Leyes y regulaciones Los usuarios de los documentos de estándares IEEE deben consultar todas las leyes y reglamentos aplicables. apli cables. El cumplimiento de las disposiciones de cualquier documento de estándares IEEE no implica el cumplimiento de los requisitos reglamentarios aplicables. Los implementadores de la norma son responsables de observar o hacer referencia a los requisitos reglamentarios aplicables. IEEE, mediante la publicación de sus estándares, no tiene la intención de instar a una acción que no cumpla con las leyes aplicables, y estos documentos no pueden pu eden interpretarse como tal. derechos de autor Este documento tiene derechos de autor del IEEE. Está disponible para una amplia variedad de usos tanto públicos como privados. Estos incluyen tanto el uso, por referencia, en leyes y reglamentos, como el uso en la autorregulación privada, la estandarización y la promoción de prácticas y métodos de ingeniería. Al hacer que este documento esté disponible para su uso y adopción por parte de las autoridades públicas y los usuarios privados, el IEEE no renuncia a ningún derecho de autor sobre este documento. Actualización de documentos IEEE Los usuarios deenloscualquier documentos de estándares IEEE deben tenerediciones en cuentao que estos reemplazados momento por la emisión de nuevas pueden serdocumentos modificadospueden de vez ser en cuando mediante la emisión de enmiendas, e nmiendas, correcciones o erratas. Un documento oficial de IEEE en cualquier momento consta de la edición actual del documento junto con cualquier enmienda, corrección o errata vigente en ese momento. Para determinar si un documento determinado es la edición actual y si ha sido enmendado mediante la emisión de enmiendas, correcciones o erratas, visite el sitio web de IEEE-SA enhttp://estándares.ieee.o enhttp://estándares.ieee.org/index.html rg/index.html o póngase en contacto con el IEEE en la dirección indicada anteriormente. an teriormente. Para obtener más información acerca de la Asociación de estándares IEEE o el proceso de desarrollo de estándares IEEE, visite el sitio web de IEEE-SA en http://estándares.ieee.org/index.html . Fe de erratas Se puede acceder a la errata, si la hay, para este y todos los demás estándares en la siguiente URL: http:// standards.ieee.org/findstds/errata/index.html . Se recomienda recomienda a los usuarios que consulten periódicamente esta URL para ver las erratas. IV Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. patentes Se llama la atención sobre la posibilidad de que la implementación de esta norma requiera el uso de materia cubierta por derechos de patente. Mediante la publicación de este estándar, el IEEE no toma ninguna posición con respecto a la existencia o validez de cualquier derecho de patente en relación con el mismo. Si el titular de una patente o el solicitante de una patente ha presentado una declaración de garantía a través de una carta de garantía aceptada, la declaración se http://standards.ieee.org/about/sasb/patcom/patents.html tml . Las Cartas de garantía incluye en el sitio web de IEEE-SA IEEE-SAhttp://standards.ieee.org/about/sasb/patcom/patents.h pueden indicar si el Peticionario está dispuesto o no a otorgar licencias bajo baj o derechos de patente sin compensación o con tarifas razonables, con términos y condiciones razonables que demuestren que no hay discriminación iinjusta njusta para los solicitantes que deseen obtener dichas licencias. Pueden existir Reclamaciones de Patentes Esenciales para las cuales no se ha recibido una Carta de Garantía. El IEEE no es responsable de identificar las Reclamaciones de patentes esenciales para las que se puede requerir una licencia, de realizar investigaciones sobre la validez legal o el alcance de las Reclamaciones de patentes, o de determinar si los términos o condiciones de licencia proporcionados en relación con la presentación de una Carta de garantía, en su caso, o en cualquier acuerdo de licencia son razonables o no discriminatorios. Se advierte expresamente a los usuarios de esta norma que la determinación de la validez de los derechos de patente y el riesgo de infracción de dichos derechos es de su exclusiva responsabilidad. Se puede obtener más información de la IEEE Standards Association. v Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Participantes En el momento en que esta guía se envió a la Junta de Normas de IEEE-SA para su aprobación, el Grupo de Trabajo de Medición de la Resistividad de la Tierra, la Impedancia de la Tierra y los Potenciales de la Superficie de la Tierra de un Sistema de Puesta a Tierra tenía los siguientes miembros: dennis de costa,Silla Roberto marrón,Vicepresidente Guillermo Sheh,Secretario Hanna Abdallah Stan Arnot Gary Engman Sakis Meliopoulos D. Carril Garrett mike noori Tomas Barnes Roberto Nowell dale boling steven greenfield Martín Havelka Jeffrey Jowett steven marrón ricardo keil KS Chan david kelley donald laird Bryan Beske Koushik Chanda E.Peter Dick Marcia Eblen Henri Lemeilleur allen amor Shashi patel Jesse Rorabaugh Hamid Sharifnia douglas smith Curtis Stidham historia de brian Alejandro Wang Los siguientes miembros del comité de votación individual i ndividual votaron sobre esta guía. Los votantes pueden haber votado por aprobación, desaprobación o abstención. Hanna Abdallah gary donner jose jancauskas Guillermo Ackermann douglas dorr donald dunn Marcia Eblen Jeffrey Jowett miguel adams Ali Al Awazi Stan Arnot miguel baldwin Tomas Barnes ricardo keil chad kennedy gael kennedy miguel edds Gary Engman Yuri Jersonski chad kiger james kinney Brian Erga Roberto Barnett C.Erven G. Bartók Earle Bascom III george becker Rabiz foda Marcel Fortín Fredric amigo jim kulchisky WJ (Bill) Bergman Bryan Beske D. Carril Garrett Saumen Kundu Jorge Gela Steven Bezner franco gerleve donald laird Chung-Yiu Lam Carpeta Wallace dale boling David david Giegel gilmer Benjamín Tomás LaLanz Rosa Dieter Braun jeffrey britton Jalal Gohari Michael Lauxmann Alberto Livshitz derek marrón steven marrón Hermann Koch Joseph L. Koepfinger Edwin Goodwin james graham Debra Longtin José Gravelle greg lori guillermo arbusto steven greenfield jinxi ma marca bushnell arboledas de randall Jorge Márquez Guillermo Byrd Bal Gupta John Mcalhaney Jr. Tomas Callsen Ajit Gwal Guillermo McBride miguel champán david harris Eduardo McCall Koushik Chanda Martín Havelka Guillermo McCoy Roberto Christman lee herron nigel mcquin Randy Clelland gary heuston scott hietpas Daleep Mohla bryan cole jerry corkran Jorge Montillet Adi Mulawarman jerry murphy raymond colina Alireza daneshpooy Roberto Hoerauf glen dennisdavis de costa Ronald Hotchkiss r. jackson vi Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Arun Narang dennis neitzel Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Arturo Neubauer Michael S. Newman Nick SA Nikjoo Robert Nowell Lorena Padden Tomas Rozek Steven Sano bartien sayogo dennis schlender Juan Toth jonathan tucker Juan Vergis keith wallace Roberto Seitz S. Frank Waterer donald parker bansi patel Shashi patel donald platts Devki Sharma Yingli Wen Guillermo Sheh donald wengerter gil shurtz kenneth blanco douglas smith james wilson piscina percy reynaldo ramos jamessmith smith jerry Alejandro Wang Larry Yonce Juan Rickmann gary stoedter miguel roberts charles rogers historia de brian larry joven jian yu Allan San Pedro luis zambrano Jesse Rorabaugh william taylor Mateo Zeedyk david tepen Cuando el Consejo de Normas de IEEE-SA aprobó esta norma el 5 de diciembre de 2012, tenía los siguientes miembros: Richard H. Hulett,Silla Juan Kulick, Vicepresidente roberto crecer, Presidente anterior Konstantinos Karachalios,Secretario Satish Aggarwal Alejandro Gelman Oleg Logvinov Masayuki Ariyoshi Pablo Houzé Pedro Balma jim hughes ted olsen gary robinson Guillermo Bartley Kyun Kim joven Jon Walter Rosdahl Ted Burse Joseph L. Koepfinger* clint chaplin wael diab Ley de David J. Jean Philippe Faure colgado ling mike seavey Yatin Trivedi phil winston Yu Yuan Tomas Lee * Miembro Emérito También se incluyen los siguientes enlaces de la Junta de Normas de IEEE-SA sin derecho a voto: Ricardo De Blasio,Representante Blasio,Representante del DOE Michael Janezic,Representante Janezic,Representante del NIST catalina berger Gerente del Programa de Estándares IEEE, Desarrollo de Documentos Soo H. Kim Gerente de Servicios al Cliente de IEEE, Servicios Profesionales viii Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Introducción Esta introducción no forma parte de IEEE Std 81-2012, Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra. Estándar IEEE 81 TM-1983 [B36] [B36]afue elaborado por la Unidad de Instrumentación y Medida de Sistemas de Potencia Comité de la IEEE Power and Energy Society. La guía estaba destinada a cubrir la mayoría de las mediciones de campo que no equipo especial deaalta precisión y no alternas abordó las dificultades inusuales que(CC) pueden ocurrir enrequerían grandes sistemas de puesta tierra, corrientes (CA) o corrientes continuas perdidas anormalmente altas, y así. En 1991, se reafirmó IEEE Std 81 y se publicó IEEE Std 81.2-1991 81.2-1991 [B37] [B37] para cubrir la medición de impedancias muy bajas (menos de 1 ohm) junto con instrumentación especializada, técnicas de medición y consideraciones de seguridad. Después de casi dos décadas de inactividad, el Comité de subestaciones de IEEE Power and Energy Society determinó que IEEE Std 81-1983 e IEEE Std 81.2-1991 contenían temas que son muy relevantes para aplicaciones en instalaciones de servicios eléctricos, pero los estándares debían ser actualizado. Se formó un grupo de trabajo para combinar ambos estándares en un documento singular que incluyera instrumentación, técnicas e información actualizadas. Este documento representa los esfuerzos de ese grupo de trabajo. Los números entre paréntesis corresponden a los de la bibliografía del Anexo F. a viii Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Contenido 1. Información general .............................. ............................................... ................. .................................................... .................................................... .................................................... .1 1.1 Alcance ................................................ ................................................ .................................................... .................................................... ......................... .................................................. ......................... 1 1.2 Propósito .................................................. .................................................. ..................................... .................................................... ............... ............................................. 2 2 Referencias normativas........................................... normativas.............................................. ... .................................................... .................................................... .................................... 2 3. Definiciones ............................................... .................................................... .................................................... .............................................. .................................................. .... 2 4. Objetivos de la prueba .............................................. ..................... ................................................... ................................ ............................................. 4 4.1 Mediciones de resistividad de tierra ............................................. ................................................. .................................................... .................................................... ............ 4 4.2 Mediciones de impedancia y gradiente de potencial ........................................ ............................................... ....... .............................. .................................... ...... 4 5. Precauciones de seguridad al realizar pruebas en tierra .................................. .......................................................... .......................................................... 4 5.1 Pruebas del electrodo de tierra ............................................. ........... ......................................... ......................................... ........... ......................... 4 5.2 Pruebas de continuidad de tierra del pararrayos ..................................... ........................................... ...... ...................................... .................................................... .............. ... 5 5.3 Pruebas de puesta pue sta a tierra de hilos neutros y blindados .................................. .................................................... .................................................... ....... 5 5.4 Prueba de puesta a tierra tie rra neutra del equipo ............................... ..................... ................................................... ................................ ............. 5 6. Consideraciones generales sobre los problemas relacionados con la medición .................................. .................. ....................... ..... 5 6.1 Complejidades...................................... Complejidades................................................... ............. .................................................... .................................................... ...................................... 5 6.2 Electrodos de prueba .......................... ............................................. ................... .................................................... .................................................... ................................ .................................... 6 6.3 Corrientes continuas parásitas ........................................... ........................................... .................................................... .................................................... ........................ ............................. ..... 7 6.4 Corrientes alternas parásitas parási tas ............................................... ............................................... ............................................. .................................................... ....... ..................... 7 6.5 Componente reactivo de la impedancia de un gran sistema de puesta a tierra .................................. .......... 7 6.6 Acoplamiento entre cables de prueba ............................................... ............................................... .................................................... .................................................... .......... 8 6.7 Objetos metálicos enterrados enterrad os ........................................... ............................................... .... .......................................... .................................................... .......... .......................... 8 7. Resistividad de la tierra ............................................. .................................................... .................................................... ................... .......................................... ....................... 8 7.1 Generalidades ............................................. ............................................. .................................................... .................................................... ............................................. ............................................. 8 7.2 Métodos para medir la resistividad de la tierra ............................ ........................................... ............... .................................................... .................................................... 11 7.3 Interpretación de las medidas ............................................... ............................................... .................................................... .................................................... ........ 14 7.4 Orientación sobre la realización de mediciones de campo .................................. ................. .......................................... ......................... 18 8. Impedancia de tierra ............................................... ............................................... .................................................... .................................................... ................................ .................................... 19 8.1 Generalidades ............................................. ............................................. ........................................... .................................................... ......... ............................................. 19 8.2 Métodos de medición de la impedancia de tierra........................................... tierra........................................... ............................................. ............................................. 21 9. Pruebas de potenciales de tierra y tensiones de paso y contacto.................. contacto.................................... .................. .......................................... .......................................... 30 9.1 Propósito .................................................. .................................................. ..................................... .................................................... ............... ............................................. 30 9.2 Tipos de tensiones de paso pas o y contacto ............................. ........................................... .............. .................................................... .................................................... .......... 31 9.3 Procedimiento de medición medici ón (general) ............................................. ............................................. ............................ .................................................... ........................ ....... 32 9.4 Métodos de medición de d e voltajes de paso, pas o, contacto y transferencia .................................. .................................. .......................... 32 9.5 Problemas de medición medic ión ............................................... ............................................... ................................................. .................................................... ... .......................... 36 10. Integridad de los sistemas de puesta puest a a tierra ....................................... ................................................... ..................................................... .......... 37 10.1 Generalidades Genera lidades .............................. ............................................. ............... .................................................... .................................................... .......................................... .......................................... 37 10.2 Método de prueba de alta corriente .................................. .................................. .................................... .................................................... ................ ................... 37 10.3 Medición de la resistencia entre dos montantes.................................................. ..................................... ..................................... 39 10.4 Medición de continuidad de baja impedancia mediante un multímetro de puesta a tierra basado en computadora ....... 39 11. Divisiones de corriente corr iente .............................................. ......................... .................................................... ........................... ......................... .......................................... ................. 40 11.1 Introducción I ntroducción .................................................. .................................................. .................................................... .................................................... .................................... .................................... 40 11.2 Consideraciones de prueba pr ueba ............................................. .................................................... .................................................... ......................... 41 ix Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. 12. Impedancia transitoria del de l sistema de puesta a tierra ....................................... ....................................... .................................................... .................................................... 41 12.1 Generalidades Genera lidades .............................. ............................................. ............... .................................................... .................................................... .......................................... .......................................... 41 12.2 Medición usando un generador de impulsos móvil (Instituto de Tecnología de Georgia [B29]) ............... 42 12.3 Medición usando un medidor de banda ancha (Instituto de Tecnología de Georgia [B29]) .......................... 45 12.4 Instrumentación............................................ Instrumentación................................................. ..... .................................................... .................................................... ............................. 46 Anexo A (informativo) Suelos no uniformes ........................................... .................................................... .................................................... ....... 48 Anexo B (informativo) Determinación de un modelo terrestre............................ terrestr e......................................... ............. ..................................... ..................................... 50 Anexo C (informativo) Teoría del método de caída de potencial.................................... ................. .......................... ......... 53 Anexo D (informativo) Resistividad del material superficial ........................... ........................................... ................ .......................... .......................................... ................ 56 Anexo E (informativo) Instrumentación.................................................. Instrumentación.................................................. .................................................... .................................................... .......... sesenta y cinco Anexo F (informativo) Bibliografía ............................................... .................................................... .................................................... ............. 71 X Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra AVISO IMPORTANTE: Los documentos de estándares IEEE no están destinados a garantizar la seguridad, la salud o la protección del medio ambiente, ni a evitar interferencias con o desde otros dispositivos o redes. Los implementadores de los documentos de estándares IEEE son responsables de determinar y cumplir con todas las prácticas apropiadas de seguridad, protección, medio ambiente, salud y protección contra interferencias y todas las leyes y reglamentaciones aplicables. Este documento IEEE está disponible para su uso sujeto a avisos importantes y renuncias legales. Estos avisos y descargos de responsabilidad aparecen en todas las publicaciones que contienen este documento y se pueden encontrar bajo el título "Aviso importante" o "Avisos importantes y descargos de responsabilidad sobre sobre los documentos IEEE". También pueden obtenerse a pedido de IEEE o verse en http://standards.ieee.org/IPR/d http://stand ards.ieee.org/IPR/disclaimers.htm isclaimers.htmll . 1. Información general 1.1 Alcance Los métodos y técnicas de prueba utilizados util izados para medir las características eléctricas del sistema de puesta a tierra incluyen los siguientes temas: a) Establecimiento de condiciones de prueba seguras b) Medición de la resistividad de la tierra c) Medición de la resistencia de frecuencia del sistema de potencia o impedancia del sistema de tierra a tierra remota d) Medición de la impedancia transitoria (sobretensión) del sistema de tierra a la tierra remota e) Medición de tensiones de paso y contacto f) Verificación de la integridad del sistema de puesta a tierra g) Revisión de métodos y procedimientos comunes para realizar pruebas en tierra h) Revisar las características y limitaciones de la instrumentación i) Revisar varios factores que pueden distorsionar las mediciones de prueba 1 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra 1.2 Propósito El propósito de esta guía es presentar métodos prácticos de instrumentación que se pueden usar para medir la resistividad del suelo, la impedancia a tierra remota, los voltajes de paso y contacto, y las distribuciones de corriente en las redes de tierra asociadas con las l as instalaciones de servicios eléctricos. Estas rejillas generalmente consisten en sistemas de puesta a tierra interconectados que varían en complejidad desde unas pocas varillas de tierra hasta rejillas grandes con muchas varillas de tierra tie rra o pozos, conductores enterrados y conexiones a tierra exte externas. rnas. Las conexiones a tierra externas pueden incluir cables aéreos de blindaje/tierra/neutro, cubiertas/neutros de cables subterráneos, contrapesos, conductores de conexión a la red, tuberías metálicas y otras conexiones que brindan rutas adicionales a tierra remota. Esta guía está destinada a ayudar al ingeniero o técnico a obtener e interpretar datos precisos y confiables. Los factores que influyen en la elección de los instrumentos se discuten junto con una presentación de técnicas de campo para varios tipos de mediciones. Estos factores incluyen el propósito de la medición, la precisión requerida, los tipos de instrumentos disponibles, las posibles fuentes de error y la naturaleza de la tierra o sistema de puesta a tierra bajo prueba. También describe los procedimientos de prueba que promueven la seguridad del personal y la propiedad, y busca minimizar las interferencias operativas con las instalaciones vecinas. 2 Referencias normativas El siguiente documento de referencia es indispensable para la aplicación de este documento (es decir, debe ser entendido y utilizado, por lo que cada documento de referencia se cita en el texto y se explica su relación con este documento). Para las referencias con fecha, sólo se aplica la edición citada. Para las referencias sin fecha, se aplica la la última edición del documento de referencia (incluidas las enmiendas o correcciones). Estándar IEEE 80 TM, Guía IEEE para la seguridad en la puesta a tierra de subestaciones de CA. 1,2 3. Definicione Definicioness A los efectos de este documento, se aplican los siguientes términos y definiciones. losDiccionario los Diccionario de estándares IEEE en líneadebe ser consultado para los términos no definidos de finidos en esta cláusula. 3 resistividad aparente del suelo:La resistividad total equivalente de un volumen de suelo con propiedades variables. unión:La interconexión eléctrica de partes conductoras, diseñadas para mantener un potencial eléctrico unión:La común. contrapeso (líneas aéreas) (protección contra rayos): Conductor o sistema de conductores, generalmente dispuesto debajo de una línea de transmisión o distribución, ubicado con mayor frecuencia debajo de la superficie de la tierra y conectado al sistema de puesta a tierra de torres o postes que soportan la línea. acoplamiento:La asociación de dos o más circuitos o sistemas de tal manera que la información de potencia o señal se transfiere de uno a otro. diferencia de potencial eléctrico: La energía potencial por unidad de carga entre dos puntos en un campo eléctrico. línea equipotencial o contorno:El contorno: El lugar geométrico de los puntos que tienen el mismo potencial en un momento dado. terrestre:Una terrestre: Una conexión conductora, ya sea intencional o accidental, mediante la cual un circuito o equipo eléctrico se conecta a tierra, o a algún cuerpo conductor de extensión relativamente grande que sirve en lugar de la tierra. 1Los estándares IEEE o los productos a los que se hace referencia en esta cláusula son marcas comerciales de The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. 2Las publicaciones de IEEE están disponibles en el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (http:/ ( http://normas.ieee.org/ /normas.ieee.org/ ). 3 losDiccionario losDiccionario de estándares IEEE en líneala suscripción está disponible enhtt enhttp://www.ieee.org/portal/innovate/products/standard/ p://www.ieee.org/portal/innovate/products/standard/ standards_dictionary.html . 2 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra corriente de tierra:Una corriente que entra o sale de la tierra o su equivalente que sirve como tierra. electrodo de tierra:Un tierra:Un conductor incrustado en la tierra y utilizado para recolectar corriente de tierra o disipar corriente de tierra hacia la tierra. cuadrícula de tierra:Un sistema de electrodos de tierra interconectados dispuestos en un patrón sobre un área específica y enterrados debajo de la superficie de la tierra. impedancia de tierra:La tierra:La suma vectorial de resistencia y reactancia entre un electrodo, rejilla o sistema de tierra y la tierra remota. aumento del potencial de tierra (GPR):El potencial eléctrico máximo que un electrodo, rejilla o sistema de tierra puede alcanzar en relación con un punto de puesta a tierra distante que se supone que está al potencial de tierra remota. NOTA: en condiciones normales, el equipo eléctrico conectado a tierra funciona con un potencial de tierra cercano a cero. Es decir, el potencial de un conductor neutro puesto a tierra es casi idéntico al potencial de una tierra remota. Durante una falla a tierra, la parte de la corriente de falla que es conducida por la red de tierra hacia la tierra provoca el aumento de la red. potencial con respecto a la tierra remota. 4 resistencia de tierra:La impedancia, excluyendo la reactancia, entre un electrodo, rejilla o sistema de tierra y la tierra remota. Tenga en cuenta que algunas secciones de esta guía se refieren a la impedancia de tierra como resistencia de tierra si la parte reactiva de la impedancia se considera insignificante. circuito de retorno a tierra:Un circuito en el que se utiliza la tierra o un cuerpo conductor equivalente para completar el circuito y permitir la circulación de corriente hacia o desde su fuente de corriente. conectado a tierra:Un sistema, circuito o aparato provisto de una(s) tierra(s) con el propósito de establecer un circuito de retorno a tierra y para mantener su potencial a aproximadamente el potencial de tierra. sistema de puesta a tierra:Comprende todas las instalaciones de puesta a tierra interconectadas en un área específica. resistencia mutua de los electrodos de puesta a tierra: Igual al cambio de voltaje en un electrodo producido por un cambio de corriente en otro electrodo y se expresa en ohmios. perfil potencial:Una potencial:Una gráfica de potencial en función de la distancia a lo largo de un camino específico. tierra remota:Un remota:Un concepto teórico que se refiere a un electrodo de tierra de impedancia cero colocado a una distancia infinita del suelo bajo prueba. En la práctica, la tierra remota se aproxima cuando la resistencia mutua entre la tierra bajo prueba y el electrodo de prueba se vuelve despreciable. Normalmente se considera que la tierra remota tiene potencial cero. resistividad del suelo (tierra): Una medida de cuánto un volumen de suelo resistirá una corriente eléctrica y generalmente se expresa en ohmios-metros. voltaje de paso:La paso:La diferencia en el potencial superficial que podría experimentar una persona que salva una distancia de 1 metro con los pies sin tocar ningún objeto conectado a tierra. gradiente de potencial superficial:La pendiente de un perfil potencial, cuya trayectoria intersecta líneas equipotenciales en ángulo recto. voltaje de contacto:La diferencia de potencial entre el aumento del potencial de tierra (GPR) de una rejilla o sistema de puesta a tierra y el potencial de la superficie donde una persona podría estar de pie y al mismo tiempo tener una mano en contacto con una estructura u objeto puesto a tierra. Las mediciones de voltaje de contacto pueden ser de "circuito abierto" (sin la resistencia equivalente del cuerpo incluida en el e l circuito de medición) o "circuito cerrado" (con la resistencia equivalente del cuerpo incluida en el circuito de medición). voltaje transferido:Un caso especial de voltaje de contacto donde un voltaje se transfiere dentro o fuera de la vecindad de un electrodo de tierra desde o hacia un punto remoto externo al electrodo de tierra. 4Las notas en el texto, las tablas y las figuras de una norma se brindan solo a título informativo y no contienen los requisitos necesarios para implementar esta norma. 3 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra 4. Objetivos de la prueba 4.1 Mediciones de resistividad de tierra Las mediciones de resistividad de tierra se utilizan para realizar lo siguiente: a) Estimar la impedancia de tierra de un sistema de puesta a tierra b) Estimar los gradientes de potencial, incluidos los voltajes de paso y contacto c) Calcule el acoplamiento inductivo entre los circuitos vecinos de potencia y comunicación. d) Diseño de sistemas de protección catódica e) Diseño de mitigación de corriente alterna (ac) para acoplamiento entre líneas de transmisión y ductos f) Realizar estudios geológicos 4.2 Mediciones de impedancia y gradiente de potencial La medición de la resistencia o impedancia de tierra y los gradientes de potencial en la superficie de la tierra debido a las l as corrientes de tierra se utilizan para realizar lo siguiente: a) Verificar la adecuación de un nuevo sistema de puesta a tierra b) Detectar cambios en un sistema de puesta a tierra existente c) Identificar tensiones peligrosas de paso y contacto. d) Determinar GPR para diseñar protecciones para circuitos de potencia y comunicación. 5. Precauciones de seguridad al realizar pruebas en tierra 5.1 Pruebas de electrodos de tierra ADVERTENCIA Puede existir un voltaje letal entre el electrodo de tierra bajo prueba y una tierra remota. Puede existir un voltaje letal entre el electrodo de tierra que se está probando y una tierra remota durante las condiciones de rutina o si ocurre una falla en el sistema de alimentación que involucre la tierra de la estación mientras se realizan las pruebas de tierra. El aumento del potencial de tierra puede ser del orden de varios miles de voltios. Los voltajes de paso y contacto alrededor del electrodo de tierra bajo prueba, el equipo de prueba y las tierras remotas también pueden ser letales. Un plan de prueba generalmente se desarrolla y revisa con el personal de prueba correspondiente. Se deben seguir las reglas de seguridad apropiadas. Dado que los electrodos de corriente y potencial están ubicados en puntos que representan una tierra remota, los conductores a estos electrodos se tratan como si pudiera existir un posible voltaje entre los conductores de prueba y cualquier punto en la rejilla de tierra de la estación. El principal motivo de preocupación son las fallas del sistema o los rayos, que pueden provocar tensiones de varios miles de voltios entre la conexión a tierra de la l a estación y los puntos remotos. También es importante comprender que la señal de prueba inyectada en un electrodo de corriente remoto también puede generar voltajes de contacto significativos. Las siguientes precauciones pueden reducir estos peligros, aunque también pueden ser necesarias otras precauciones: a) No se permite que las manos u otras partes del cuerpo completen el circuito entre puntos de posible diferencia de alto potencial. Los guantes y el calzado con clasificación dieléctrica pueden reducir los peligros asociados con el manejo de los cables de prueba que se extienden fuera de la rejilla de tierra de la estación. 4 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra b) Los cables y electrodos de prueba expuestos se aíslan de los l os trabajadores y del público en general antes de aplicar los voltajes de prueba. Los cables y electrodos de prueba expuestos también se aíslan de los trabajadores y del público antes de conectar los cables a la red de tierra de la estación u otros sistemas de puesta a tierra que puedan estar expuestos a las corrientes de falla a tierra del sistema. c) Se aplica una señal durante periodos de prueba breves y todos los cables de prueba se retiran inmediatamente después de completar la prueba. d) Si las sondas remotas de corriente y potencial no están a la vista del personal de prueba o si los cables de prueba están ubicados en un área accesible al público, entonces estos puntos están bajo observación continua utilizando un observador en contacto por radio con el operador del equipo de prueba siempre que a medida que se aplica apli ca la señal de prueba o los potenciales remotos superan los 50 V. Uno o más cables de prueba que están conectados eléctricamente a una rejilla de tierra pueden causar una transferencia de potencial en condiciones de falla que superaría con creces los 50 V, y sería necesario un observador como siempre y cuando los cables de prueba estén conectados a la rejilla de tierra. e) Si los extremos no conectados a tierra de los cables de prueba están paralelos a una línea energizada durante varios cientos de pies, entonces se puede inducir un voltaje peligroso en los cables de prueba si fluyen grandes corrientes en la línea energizada. Este problema a veces se puede mitigar con la orientación física de los cables de prueba, la conexión a tierra o ambos. 5.2 Pruebas de continuidad de tierra del pararrayos Las pruebas de continuidad de tierra del pararrayos requieren un cuidado especial por las siguientes razones: a) La base del pararrayos puede acercarse al potencial de línea si se desconecta el conductor de tierra mientras el terminal primario permanece energizado. Nunca desconecte la conexión a tierra de un pararrayos por ningún motivo mientras el terminal primario permanece conectado a una línea energizada. b) Los rayos o las corrientes de conmutación extremadamente altas y de corta duración pueden descargarse en el suelo y pueden exceder los 50 000 A. c) Puede ocurrir una falla del sistema si un pararrayos falla durante la prueba. Los cables de tierra de los pararrayos se pueden probar siempre que se tomen las precauciones de seguridad suficientes. 5.3 Pruebas de puesta a tierra de hilos neutros y blindados La desconexión de los cables neutro y blindado puede generar voltajes peligrosos. Este peligro puede ocurrir ya sea que llaa línea esté energizada o no, debido al flujo de corriente a través de los cables blindados interconectados o al acoplamiento mutuo con otros circuitos energizados. Los procedimientos de trabajo apropiados pueden mitigar estos peligros. 5.4 Prueba de tierra neutral del equipo Pueden ocurrir altos voltajes y posiblemente dañar al personal y/o dañar el equipo, si los neutrales están desconectados del equipo energizado. 6. Consideraciones generales sobre los problemas relacionados con la medición 6.1 Complejidades Las mediciones de las resistividades del suelo, las impedancias del suelo y los gradientes de potencial de la tierra introducen una serie de complejidades que no se encuentran en otras mediciones de resistencia, impedancia y potencial. En algunas situaciones, puede ser necesario realizar varias mediciones para trazar tendencias y analizar la situación. Las corrientes parásitas y otros factores pueden interferir con las mediciones. 5 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Con el desarrollo y el crecimiento industrial adyacentes a las subestaciones eléctricas, cada vez es más difícil elegir un patrón o una ubicación adecuados para las sondas de prueba para realizar una prueba de resistencia. La conexión de cables de tierra aéreos, tuberías de agua enterradas, cubiertas de cables, vías de ferrocarril adyacentes, sistemas de transporte, etc., pueden tener un efecto en el circuito eléctrico que se está probando y pueden introducir errores significativos. También se debe tener en cuenta que los cables aéreos a tierra pueden aislarse deliberadamente o por conexiones deficientes y, por lo tanto, las pruebas de bajo voltaje pueden dar respuestas diferentes a las pruebas de fallas reales. Para mejorar la precisión de la medición para compararla con los valores calculados, se pueden realizar mediciones de impedancia de tierra antes de la interconexión de cables de protección externos, tuberías metálicas y otras interferencias externas. La impedancia de una rejilla de tierra por lo general disminuirá ligeramente a medida que la tierra se asiente a una compacidad uniforme un año o más después de la instalación. 6.2 Electrodos de prueba Varios métodos de medición de impedancia de tierra descritos en la Cláusula 7 a la Cláu Cláusula sula 12 requieren el us uso o de electrodos de prueba de corriente y voltaje. La impedancia de los electrodos de prueba puede tener un efecto significativo en la precisión de las mediciones de impedancia. Si se realiza una prueba de tierra usando el método de prueba de dos puntos, el error de medición se puede minimizar si la impedancia del electrodo de prueba es insignificante con respecto a la tierra que se está probando. Por el contrario, para el método de prueba de tres puntos, el error de medición se puede minimizar si la impedancia del electrodo de prueba es similar en magnitud a la impedancia de la tierra bajo prueba. Obviamente, estas restricciones limitan el uso de dichos métodos a terrenos de extensión relativamente pequeña, como piscinas residenciales, terrenos de postes y terrenos pequeños de subestaciones de distribución de bajo voltaje. En el caso de mediciones de impedancia utilizando el método de caída de potencial, los requisitos de los electrodos de prueba no son tan críticos. Los instrumentos de prueba necesitan que fluya suficiente corriente en el circuito de prueba para obtener mediciones de prueba precisas y resultados de prueba confiables. Por lo tanto, es necesario conocer el circuito de prueba porque es posible que el equipo de prueba produzca una corriente de prueba insuficiente si la resistencia del electrodo de prueba es demasiado alta. La corriente de prueba insuficiente se define como sigue: a) Corriente inferior a la sensibilidad del instrumento b) Corriente en el orden de magnitud de las corrientes parásitas en la tierra c) O tanto a) como b) En el caso a), la única acción correctiva disponible en el sitio de medición es aumentar la corriente de prueba. Esto se puede hacer aumentando el voltaje de la fuente de alimentación o disminuyendo las resistencias de los electrodos involucrados en el circuito de corriente. Es posible que aumentar el voltaje de la fuente de alimentación no sea una opción debido a las limitaciones del instrumento de medición. Si se utiliza un instrumento con mayor voltaje, se debe tener cuidado para evitar potenciales peligrosos en los electrodos y cables de prueba. La mayoría de los instrumentos de prueba suministran un voltaje de 50 V o menos. ADVERTENCIA Si la tensión de prueba supera los 50 V, existe riesgo de descarga eléctrica si alguien toca un conductor energizado. El personal de prueba suele utilizar el equipo de protección personal adecuado y las medidas adecuadas implementado para proteger al público de estar expuesto a una situación potencialmente peligrosa. 6 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra A menudo, la forma más efectiva de aumentar la corriente de prueba es disminuir la resistencia del electrodo de corriente. La resistencia del electrodo de prueba se puede reducir introduciendo la varilla más profundamente en el suelo, vertiendo agua alrededor de la varilla o introduciendo varillas adicionales e interconectándolas en paralelo. La adición de sal al agua vertida alrededor de los electrodos de prueba tiene muy poco valor; la humedad es el requisito principal. Si un electrodo de corriente se compone de varillas de puesta a tierra paralelas, el espacio adecuado (no menor que la longitud por debajo del nivel del electrodo de corriente) entre las varillas de puesta a tierra minimizará el impacto de las resistencias mutuas. Los valores máximos de resistencia de los electrodos de corriente y potencial dependerán del tipo de instrumento utilizado. Si hay corrientes parásitas cuando se realizan pruebas de corriente continua (CC), la interferencia puede mitigarse ajustando la corriente de prueba a un valor significativamente superior a las corrientes de tierra de CC parásitas. Cuando se realizan pruebas con señales de CA o CC periódicamente invertidas, la interferencia se puede mitigar ajustando la frecuencia de la señal de prueba a una frecuencia que no esté presente en las corrientes parásitas o utilizando una señal de ruido aleatorio. Una sonda de potencial con alta resistencia a tierra remota también puede influir en la tensión medida por el instrumento. Si esta resistencia es del mismo orden de magnitud que la impedancia de entrada del instrumento, entonces el voltaje real se dividirá entre el voltaje medido y el voltaje a través de la resistencia del electrodo potencial. En casos con resistividades de suelo bajas, el error causado por esta influencia es insignificante, pero en el caso de un entorno de suelo arenoso o rocoso, el usuario podría considerar reducir la resistencia del electrodo para reducir este error. De lo contrario, si prevalece esta influencia, la resistencia indicada será menor que la resistencia real. 6.3 Corrientes continuas parásitas La conducción de la electricidad en el suelo es electrolítica y la corriente continua produce reacciones químicas y diferencias de potencial. Los potenciales directos se producen entre varios tipos de suelo y entre el suelo y el metal por acción galvánica. Los sistemas de protección catódica de tuberías, vías férreas de CC y líneas de transmisión de CC son algunas de las principales fuentes de corrientes de CC en el suelo. Los potenciales galvánicos, la polarización y las corrientes directas parásitas pueden interferir seriamente con las mediciones de corriente continua. Por lo tanto, se utiliza corriente continua periódicamente invertida o, a veces, una corriente pulsada regularmente para realizar mediciones. Sin embargo, cuando se usa corriente continua invertida periódicamente para medir la resistencia, los valores resultantes serán bastante cercanos, pero es posible que no sean precisos para aplicaciones de corriente alterna. Corrientes inducidas por el sol, 6.4 Corrientes alternas parásitas Las corrientes alternas parásitas en la tierra, en el sistema de puesta a tierra bajo prueba y en los electrodos de prueba presentan una complicación adicional. Los efectos de la corriente alterna parásita se pueden mitigar en las mediciones de resistencia de tierra utilizando una frecuencia que no está presente en la corriente parásita o usando una señal de ruido aleatorio. La mayoría de los dispositivos de medición usan frecuencias dentro de un rango de 50 Hz a 3400 Hz. A menudo se requiere el uso de filtros o instrumentos de medición de banda estrecha, o ambos, para superar los efectos de las l as corrientes alternas parásitas. 6.5 Componente reactivo de la impedancia de un u n gran sistema de puesta a tierra La impedancia de un gran sistema de puesta a tierra puede ser baja (menos de 1 Ω), pero podría tener un componente reactivo significativo (Harrison [B34] [B34]5). Ciertas Ciertas precauciones son necesarias cuando se mide la l a impedancia de frecuencia de potencia (usualmente 50 Hz o 60 Hz) de un gran sistema de puesta a tierra. Para tal 5 Los números entre paréntesis corresponden a los de la bibliografía del Anexo F. 7 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra mediciones, los dispositivos de prueba se operan a una frecuencia de prueba que está ligeramente l igeramente por encima o por debajo de la frecuencia del sistema de potencia para obtener mediciones más precisas. 6.6 Acoplamiento entre cables de prueba El acoplamiento inductivo puede ocurrir entre componentes de dos o más circuitos ca por medio de la inductancia mutua que asocia los dos circuitos. El efecto de acoplamiento entre los cables de prueba se vuelve importante cuando se miden valores bajosen deelimpedancia de tierra.seCualquier voltaje producido en real el cable de potencial debido al acoplamiento de la corriente quede fluye cable de corriente suma directamente al voltaje y produce un error de medición. El acoplamiento inductivo 50 Hz o 60 Hz entre dos cables de prueba paralelos puede ser de hasta 0,1 Ω/100 m. Como resultado, el error puede ser apreciable porque la impedancia de tierra baja generalmente ocurre en las redes de tierra que cubren áreas grandes, y normalmente se requieren cables de prueba largos para llegar a la tierra remota. Por lo tanto, el acoplamiento entre los cables de prueba puede introducir grandes errores cuando una rejilla de tierra que cubre un área grande tiene una impedancia relativamente baja. Por el contrario, una rejilla de tierra que cubre un área pequeña generalmente tiene una impedancia de tierra relativamente alta, lo que permite que los cables de prueba más cortos lleguen a tierra remota. Por lo tanto, se puede esperar que los efectos del acoplamiento sean peores en las mediciones de terrenos de baja impedancia de área grande. Como regla general, el acoplamiento de los cables de prueba suele ser insignificante en mediciones de tierra de 10 Ω o más, casi siempre es importante en mediciones de 1 Ω o menos, y puede ser significativo en el e l rango entre 1 Ω y 10 Ω. El acoplamiento de los cables de prueba se puede minimizar enrutando adecuadamente los cables de potencial y corriente. Cuando se anticipa el acoplamiento de los cables de prueba, el enrutamiento apropiado puede incluir separar llos os cables o cruzarlos a 90 °. 6.7 Objetos metálicos enterrados Los objetos parcial o completamente enterrados, como rieles y tuberías metálicas, ubicados en las cercanías del terreno que se está probando, tendrán una influencia considerable en los resultados de la prueba (Dawalibi y Mukhedkar [B23], Rudenberg Rudenberg [B55]). Los contornos contornos d del el potencial de tierra se distorsionan y los gradientes aumentan cuando se miden sobre objetos metálicos enterrados. Siempre que se sospeche la presencia de estructuras metálicas enterradas en el área donde se realizarán las mediciones de resistividad del suelo y se conozca la ubicación de estas estructuras, la influencia de estas estructuras en los resultados de la medición de resistividad del suelo se puede minimizar alineando las sondas de prueba en un dirección perpendicular al enrutamiento de estas estructuras. Ubique las sondas de prueba lo más lejos posible de las estructuras enterradas. 7. Resistividad de la tierra 7.1 Generalidades Las técnicas para medir la resistividad del suelo son esencialmente las mismas para la mayoría de las mediciones. Sin embargo, la interpretación de los datos registrados puede variar considerablemente, especialmente cuando se encuentran suelos con resistividades no uniformes. La complejidad añadida causada por suelos no uniformes es común y, en solo unos pocos casos, las resistividades del suelo son constantes al aumentar la profundidad. La resistividad de la tierra varía no solo con el tipo de suelo sino también con la temperatura, la humedad, el contenido mineral y la compacidad (Figura (Figura 1). La liter literatura atura indica que los valores de resistividad de tierra varían desde menos de 1 Ω-m para agua de mar hasta 109Ω-m para arenisca. La resistividad de la tierra aumenta lentamente con temperaturas decrecientes de 25 °C a 0 °C. Por debajo de 0 °C, la resistividad aumenta rápidamente. En suelo congelado, como en la capa superficial del suelo en invierno, la resistividad puede ser excepcionalmente alta. 8 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra La Tabla 1 muestra los valores de resistividad para varios suelos y rocas. Hay tablas más detalladas disponibles en IEEE Std 806(Rudenberg [B55], Matón Matón [B60]). [B60]). Por lo general, hay varias capas de suelo, cada una con una resistividad diferente. También pueden ocurrir cambios laterales, pero en general, estos cambios son graduales e insignificantes en la vecindad de los sitios en cuestión. En la mayoría de los casos, la medición mostrará que la resistividad ρaes principalmente una función de la profundidadz profundidadz. Con fines ilustrativos, supondremos que esta función se puede escribir de la siguiente manera: ρa=φ(z) (1) La naturaleza de la funciónφen general no es simple, y en consecuencia, la interpretación de la las medidas consistirán en establecer una función equivalente simpleφe, que dará lo mejor aproximación. En el caso de los circuitos de potencia y comunicación, una configuración de dos capas horizontales (IEEE Std 80, Dawalibi y Mukhedkar Mukhedkar [B21], [B21], Endren Endrenyi yi [B26], Giao y Sarma [B30 [B30],], Sunde Sunde [B57], Thug [B60]) y una la tierra exponencial (Sunde [B57], Thug [B60]) [B6 0]) han demostrado demostrado ser buenas aproximaciones que pueden ser útiles para determinar los diseños de sistemas. Algunas publicaciones (IEEE Std 80, Dawalibi and Mukhedkar [B23], Dawalibi and M Mukhedka ukhedkarr [B21], Endrenyi [B26], Giao and Sar Sarma ma [B30], Rudenberg [B55], Sunde Sunde [B57], Thapar and Gross [B5 [B59], 9], Thug [B60]) han demostrado demostrado q que ue los gra gradientes dientes de potencial de la superfi superficie cie terrestre dentro o adyacentes a un electrodo son principalmente una función de la resistividad del suelo. Por el contrario, la resistencia del electrodo de tierra es principalmente una función de la resistividad del suelo profundo. En este caso, la resistividad del suelo profundo se refiere a profundidades aproximadamente del diámetro de un sistema de electrodos horizontales o hasta diez veces la profundidad de los electrodos verticales. Esta definición de resistividad del suelo profundo no es válida en aquellos casos extremos en los que el electrodo está enterrado en una capa superior del suelo de resistividad extremadamente alta. 6La información sobre las referencias se puede encontrar en la Clá Cláusula usula 2. 9 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Figura 1 —Variaciones de resistividad de la tierra (Rudenberg [B55]): [B 55]): (a) sal, (b) humedad y (c) temperatura Al medir la resistividad del suelo para determinar la impedancia de retorno a tierra (secuencia cero) de una línea de transmisión ca, es importante entender que la impedancia de retorno a tierra es una función del logaritmo de la distancia entre un conductor y su ruta de retorno equivalente. Se supone que esta profundidad equivalente de retorno a tierra De es 658,5 × (ρ ( ρ/F) 0.5(Carson [B17]) basado en una resistividad del suelo suelo uniforme uniforme y una frecuencia relativamente baja. Para frecuencias de potencia de 50 y 60 ciclos, la profundidad equivalente de retorno a tierra se aproxima a los 1000 m. Para frecuencias más altas, como la portadora de línea eléctrica (~150 kHz), la radio o los cálculos de impedancia de sobretensión, la profundidad de retorno a tierra equivalente es de aproximadamente 20 m o menos. Por lo tanto, es importante realizar mediciones de resistividad superficiales y profundas a lo largo de las líneas de transmisión para proporcionar informac información ión adecuada para determinar la impedancia de retorno a tierra. 10 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Tabla 1—Período geológico geológico y formación [B [ B57] resistividad de la tierra cuaternario ohmios-metros Cretáceo Carbonífero cambriano terciario triásico Ordovícico y devoniano combinación cuaternario precámbrico con Cámbrico 1 agua de mar Marga 10 inusualmente bajo Arcilla Tiza Tiza 30 Muy bajo Trampa Diabasa 100 bajo Esquisto Caliza 300 Medio Esquisto Arenisca 1000 alto 3000 Muy alto Caliza Arenisca Arenisca Dolomita Grueso Cuarcita 10 000 inusualmente arena y grava Pizarra alto en superficie Granito capas gneis 7.2 Métodos de medición de la resistividad de la tierra 7.2.1 Información geológica y muestras de suelo A menudo, en el sitio donde se instalará un sistema de puesta a tierra, se realizará un extenso trabajo geotécnico. Este trabajo suele implicar la prospección geológica, que puede proporcionar una cantidad considerable de información sobre la naturaleza y configuración del suelo. Dichos datos podrían ser de gran ayuda para el ingeniero de diseño, quien debería tratar de obtener al menos la siguiente información: ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ Tipo de suelo en cada capa Contenido de humedad pH del suelo Profundidad del agua subterránea No se recomienda la determinación de la resistividad del suelo a partir de los valores de resistencia medidos entre caras opuestas de una muestra de suelo de dimensiones conocidas, ya que las resistencias interfaciales desconocidas de la muestra de suelo y los electrodos están incluidas en el valor medido. Obtener una aproximación útil de la resistividad del suelo a partir de mediciones de resistividad en muestras es difícil y, en algunos casos, imposible. Esto se debe a la dificultad de obtener muestras de suelo homogéneas representativas y de duplicar la compactación del suelo original y el contenido de humedad en la celda de prueba. 11 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra 7.2.2 Método de variación de profundidad o método de tres puntos En este método, las mediciones de la resistencia de tierra se repiten varias veces en correlación con el aumento incremental de profundidad de la varilla de tierra. El propósito de este método es forzar más corriente de prueba a través del suelo profundo. El valor de la resistencia medida reflejará la resistividad aparente para cada profundidad de la varilla. Se prefieren las varillas de tierra para esta medida porque ofrecen dos ventajas importantes: a) El valor teórico de la resistencia de la varilla de tierra es fácil de calcular con la precisión adecuada. b) El clavado de las varillas de tierra también confirma la profundidad a la que se pueden clavar llas as varillas durante la instalación. Una desventaja de este método es que la varilla puede vibrar a medida que se impulsa, lo que resulta en un contacto deficiente con el suelo a lo largo de su longitud, lo que dificulta la conversión a la resistividad aparente verdadera. El método de variación de la profundidad brinda información útil sobre la naturaleza del suelo en la vecindad de la varilla (de cinco a diez veces la longitud de la varilla). Para obtener detalles adicionales sobre este método, consulte 8.2. Para áreas grandes, varias ubicaciones de varillas pueden dar una indicación de cambios laterales significativos en la resistividad del suelo. Si se analiza un volumen grande (área y profundidad grandes) de suelo, entonces podría ser preferible usar el método de cuatro puntos porque clavar varillas largas podría no ser práctico en algunos suelos. 7.2.3 Método de cuatro puntos Un buende método parapuntos medir resistividad aparente de grandes volúmenes de tierra no perturbada método los cuatro pu ntos la (W (Wenner enner [B62]). Se instalan cuatro sondas auxiliares en tierra, todas en es el profundidadb profundidad by espaciados (en línea recta) a intervalosa intervalos a. Una corriente de prueba yose pasa entre las dos sondas exteriores, y el potencialV potencialVentre las dos sondas internas se mide con un potenciómetro o voltímetro de alta impedancia. Entonces elV/I elV/Irelación da la resistenciaR resistenciaRen ohmios A menudo se utilizan dos variaciones diferentes del método de cuatro puntos, como sigue: a)Disposición a)Disposición de espacios iguales o de Wenner.Con Wenner. Con esta disposición, las sondas están igualmente espaciadas, e spaciadas, como se muestra en la Figura 2(a). Dejar DejaraaSea la distancia entre dos sondas adyacentes. Entonces, la resistividad aparente ρ en términos de las unidades de longitud en las quea que aybse miden es 4π 4πArkansas Arkansas ρ= 1+ 2a a2+ 44b b2 − a a2+b2 (2) Teóricamente, los electrodos deberían ser contactos puntuales o electrodos hemisféricos de radio radiob b. Sin embargo, en la práctica, generalmente se colocan cuatro varillas en línea recta a intervalos intervalosaa, conducido a una profundidad no superior a 0,1a 0,1a. Entonces, el usuario puede asumirb asumirb=0 y la ecuación se convierte en (3) ρ = 2πArkansas 2π Arkansas y da la resistividad aparente aproximada del suelo a la profundidada profundidad a. Un conjunto de lecturas tomadas con varios espaciamientos de sondas da un conjunto de resistividades que, cuando se trazan contra el espaciamiento, indican si hay distintas capas de diferentes suelos o rocas y dan una idea de sus respectivas resistividades y profundidades (Figura (Figura 3). 12 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Figura 2: método de cuatro puntos: (a) sondas de prueba igualmente espaciadas y (b) sondas de prueba espaciadas desigualmente b) b)Disposición Disposición desigualmente espaciada o Schlumberger-Palmer.Una Schlumberger-Palmer.Una deficiencia del método de Wenner es la rápida disminución de la magnitud del potencial entre los dos electrodos ele ctrodos internos cuando su separación aumenta a valores relativamente grandes. Históricamente, los instrumentos eran inadecuados para medir valores de potencial tan bajos, aunque la sensibilidad mejorada en los probadores modernos mitiga esta desventaja hasta cierto punto. Otra desventaja con el método de Wenner es el requisito de cambiar la posición de las cuatro sondas para medir cada profundidad. La disposición que se muestra en la Figura 2(b) se puede usar para medir medir la resistividad resistividad del suelo con éxito cuando las sondas de corriente están separadas por una gran distancia o para acelerar las pruebas para múltiples ubicaciones de sondas de corriente. Con el método de Schlumberger, las sondas internas se colocan más juntas y las sondas externas se colocan más separadas. A diferencia del método de Wenner, que requiere que todas las sondas se muevan para calcular la resistividad del suelo a diferentes profundidades, el método de Schlumberger solo requiere que las sondas exteriores se reposicionen para mediciones posteriores. La reducción de la cantidad de sondas que deben reposicionarse para cada prueba hace que el método de Schlumberger sea una opción más rápida para realizar pruebas a diferentes profundidades. La ecuación a utilizar en este caso se puede determinar fácilmente (Palmer [B50]). Si la profund profundidad idad de enterramiento de los electrodosb electrodosbes pequeño en comparación con su separaciónd separacióndyC, yC yC>2d >2d, entonces la resistividad aparente medida se puede calcular de la siguiente manera: ρ=πc(C+d)R/d (4) 13 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra La resistividad calculada por la Ecuación (4) es la resistividad aparente a la profundidad aproximada [2C [2C+d ]/2, que es la distancia desde el centro de la prueba hasta las sondas de corriente exteriores [Figura [Figura 2(b)]. 2(b)]. X 10³ X X ) -m m 10² h (O X X X D A ID IV T IS S E R 10 0 40 20 60 X X 80 100 SEPARACIÓN DE ELECTRODOS (m) Figura 3 —Curva de resistividad típica Al igual que el método de variación de profundidad, el método de cuatro puntos da la resistividad aparente para un volumen de suelo específico, aunque más amplio. Es ventajoso tomar medidas a lo largo de varios perfiles alrededor del área de interés para detectar cambios laterales en la resistividad del suelo, así como para determinar cualquier posible efecto de interferencia en las medidas debido a objetos conductores cercanos. Otra forma de ganar confianza en que los objetos conductores en la tierra no afectan las mediciones es repetir la misma medición en el mismo lugar, pero 90° con respecto a la primera. Los valores medidos deben correlacionarse. 7.3 Interpretación de las medidas La interpretación de los resultados obtenidos en campo es quizás la parte más difícil del proceso de medición. Como se mencionó en 7.1, la variación de resist resistividad ividad de la tierra es grande y compleja debido a la heterogeneidad de la tierra. Salvo muy contados casos, es imprescindible establecer un equivalente simple a la estructura de tierra. Este equivalente depende de los siguientes factores: a) La exactitud y extensión de las mediciones b) El método utilizado c) La complejidad de las matemáticas involucradas d) El propósito de las mediciones Para aplicaciones en ingeniería energética, el modelo equivalente de dos capas es lo suficientemente preciso en muchos casos sin ser matemáticamente demasiado complicado. Sin embargo, existen soluciones informáticas disponibles que pueden estimar efectivamente modelos de suelo multicapa para diversas técnicas de medición. 7.3.1 Información geológica y muestras de suelo No son necesarias herramientas especiales o ecuaciones matemáticas para interpretar dicha información, que se da principalmente en las figuras y tablas proporcionadas por las exploraciones geológicas. Como se muestra en la Tabla 11,, es difícil determinar un modelo de suelo preciso a partir de clasificaciones simples de tipos de suelo. Las clasificaciones simplemente dan una estimación aproximada de la resistividad de diferentes tipos de suelos. 14 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra 7.3.2 Método de variación de profundidad (ver Anexo B) Las siguientes interpretaciones asumen que el terreno probado es una varilla clavada a varias profundidadesyo1mediante yonorte. La Tab Tabla la 2 muestra muestra un conjunto de muestra de valores medidos. Suponiendo el radio de la varilla varillarres pequeño en comparación con yo, La ecuación (7) se puede utilizar util izar para calcular una resistividad aparente para cada valor medido. El usuario debe tener en cuenta que la Ecuación (7) se deriva en base a la suposición de una resistividad uniforme del suelo, por lo que la resistividad aparente es aproximada, en el mejor de los casos. La resistencia de tierra de la varilla enterrada en un suelo uniforme viene dada por Thug [[B60]: B60]: R= ρ 2yo en 2πyo r (5) R= ρ - -4yo- − 1-ln 2πyo - -r- - - (6) o dependiendo de las aproximaciones utilizadas. Reordenando para la resistividad aparente se obtiene: ρa= R2πyo (7) -4yo- en - − 1 - r- - Para cada longitudyode la varilla, el valor de la resistencia medida medidaR Rdetermina el valor de la resistividad aparente ρ α,que, cuando se trama contrayo, proporciona una ayuda visual para determinar la variación de resistividad de la tierra con la profundidad. Para mayor claridad, suponga que las pruebas de campo campo de la TTabla abla 2 dieron la curva que se muestra en la la Figura 4(a) y la Figura Figura 4(b). Estas curvas se derivaron matemáticamente para adaptarse a modelos de suelo de dos capas perfectos. Mediante la inspección de la curva, se puede concluir que la estructura del suelo de la Figura 4(a) tiene al menos dos capas distintas. Para pequeños valores de yo(0 m a 6 m), el suelo tiene un valor de resistividad de casi 300 Ω-m. La capa inferior es más conductora. Su valor de resistividad se acerca a 100 Ω-m. Por lo tanto, se puede obtener un modelo de suelo de dos capas adecuado mediante inspección visual para este caso. Ahora considere la curva de la figura 4(b). Para eeste ste caso, la capa superior del suelo es de aproximadamente 100 Ω-m hasta una profundidad de aproximadamente 6 m. Sin embargo, el valor exacto de la capa inferior no puede obtenerse mediante inspección visual. El valor parece acercarse a 250 Ω-m, pero el valor correcto es 300 Ω-m. Entonces son posibles las siguientes dos soluciones: a) Continúe las mediciones con varillas clavadas más profundamente en el suelo b) Utilizar técnicas analíticas para calcular, a partir de los l os datos medidos, un modelo de resistividad de tierra equivalente 15 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Tabla 2—Medidas de campo de tres puntos esperadas para dos capas derivadas matemáticamente modelos de suelo ρ1= 300, ρ2= 100, h = 6,1 m (20 pies) Aparente Profundidad de varilla m (pies) Resistencia (Ω) 0,3 (1,0) 0,9 (3,0) 1,5 (5,0) 3.0 (10.0) 4,5 (15,0) 6,1 (20,0) 9,1 (30,0) 15,2 (50,0) 21,3 (70,0) 27,4 (90,0) 33,5 (110,0) 39,6 (130,0) 45,7 (150,0) 647.60 270.60 177.10 97.63 67.85 50.82 21.77 10.91 ) -m Ω ( e t n e r a p a d a id v ti is s e R ρ1= 100, ρ2= 300, h = 6,1 m (20 pies) Aparente Resistencia (Ω) resistividad (Ω-m) 299.3 296.5 294.7 290.0 284. 5 272.6 165.8 129.7 118.4 112.5 108.9 106.1 104.2 7.41 5.64 4.57 3.84 3.32 resistividad (Ω-m) 218.30 92.68 61.52 35.13 25.43 20.63 18.22 14.58 12.16 10.42 100.9 101. 6 102.4 104.4 106.6 110. 7 138.7 173.3 194.2 207.8 217.5 224.3 229.4 9.13 8.12 7.31 Resistividad aparente frente a la profundidad de la varilla impulsada Resistividad aparente frente a la profundidad de la varilla impulsada ρ1= 300, ρ2= 100, h = 6,1 ρ1= 100, ρ2= 300, h = 6,1 350 300 250 200 150 )m (Ω e t n e r a p a d a id v ti s i s e R 100 50 0 250 200 150 100 50 0 0 10 20 30 40 50 0 10 Profundidad de varilla conducida (m) 20 30 40 50 Profundidad de varilla conducida (m) (a) (b) Figura 4 —Variación de las medidas de campo derivadas matemáticamente de la profundidad Cuando se utilizan métodos analíticos (software de computadora) para determinar los parámetros del suelo, es apropiado reemplazar la Ecuación simple (5) o la Ecuación (6), que asumen una resistividad del suelo uniforme, con ecuaciones más exactas basadas en modelos de suelo en capas. Luego, se pueden determinar los parámetros del suelo para cada capa para obtener el mejor ajuste con las resistencias de varillas impulsadas medidas. Las mediciones adicionales ciertamente ayudarán a obtener la resistividad de cada capa. Sin embargo, los espesores de cada capa no siempre son fáciles de determinar. Además, la conducción de varillas a gran profundidad puede ser difícil y costosa. La resistencia de una varilla en tales modelos terrestres se conoce o se puede calcular fácilmente (ver Anexo A). Usando U sando un programa programa de computadora simple o simplemente por un método de prueba y prueba, se puede obtener el mejor ajuste a los resultados experimentales (ver Anexo B). Como se mencionó, el método de variación de la profundidad no logra predecir la resistividad de la tierra a grandes distancias del área donde se incrusta la varilla de prueba (distancias mayores de cinco a diez veces la longitud de la varilla impulsada). Para áreas grandes, varias ubicaciones de varillas pueden dar una indicación de cambios laterales significativos en la resistividad del suelo. dieciséis Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra 7.3.3 Método de cuatro puntos La interpretación del método de los cuatro puntos es similar a la del método descrito en 7.3.2. Por ejemplo, ejemplo , en el ccaso aso de la disposición de Wenner, la resistividad aparente medida se representa frente a la distancia entre electrodos. electrodos.aa. La curva resultante indica entonces la estructura del suelo. Una vez más, las profundidades de varias capas pueden no ser fáciles de determinar mediante una inspección visual de la curva. Muchos autores (Gish y Rooney [B32], LancasterJones [B43], [B43], Thug [B60], We Wenner nner [B6 [B62]) 2]) diero dieron n reglas empíricas rápidas para ayudar a establecer el espesor de la capa. Los siguientes son ejemplos: a) El método de Gish y Rooney [B32]: A p partir artir de la curva de resistividad, se alcanza un cambio en la formación, por ejemplo, otra capa a una profundidad igual a cualquier separación de electrodos en la que se produce una ruptura o cambio de curvatura. b) El método de Lancaster-Jones [B43]: La profu profundidad ndidad de la capa inferior se toma como dos tercios de la separación de electrodos en la que se produce el punto de inflexión. c) Zohdy [B63] declaró que que hay cinco axiomas que se cumplen sobre las curvas de sondeo de resistividad del suelo (gráficos de resistividad aparente frente a la separación de la sonda): 1) Las resistividades aparentes calculadas son siempre positivas. 2) A medida que la resistividad real aumenta o disminuye con una mayor profundidad, las resistividades aparentes también aumentan o disminuyen con una mayor distancia entre sondas. 3) El cambio máximo en la resistividad aparente ocurre a una distancia entre sondas mayor que la profundidad a la que ocurre el cambio correspondiente en la resistividad real. Por lo tanto, los cambios en la resistividad aparente siempre se trazan a la derecha del espaciado de la sonda correspondiente al cambio en la resistividad real. 4) La amplitud de la curva siempre es menor o igual que la amplitud de la curva real de resistividad versus profundidad. 5) En un modelo multicapa, un cambio en la resistividad real de una capa gruesa da como resultado un cambio similar en la curva de resistividad aparente. Usando estos axiomas como guía, se puede estimar el modelo multicapa apropiado que mejor represente una estructura de suelo en particular, dándose cuenta de que los espaciamientos de las sondas de las curvas de sondeo sondeono no hagacorresponden a la profundidad real del cambio en la resistividad, y que las magnitudes de las resistividades aparentes aparentesno no haga corresponden a la resistividad real. Por lo general, se utiliza uno de los siguientes modelos terrestres: ⎯ resistividad uniforme ⎯ Capas horizontales de resistividades uniformes (ver Anexo A) ⎯ Variación exponencial de la resistividad (ver Anexo Anexo A) Para la relación matemática entre la resistividad aparente y los diversos parámetros de la cada tierramodelo, debe conocerse o ser fácil de calcular. El mejor modelo a utilizar depende del propósito de las mediciones. A menudo, un modelo terrestre de dos capas da excelentes resultados (Thug [B60]). [B60]). La Figura 5 muestra un conjunto de valores derivados matemáticamente que representan mediciones de campo igualmentee espaciadas (Tabla 3) para dos modelos perfectos de suelo igualment suelo terrestr terrestree de dos capas. En la Figura 5(a), las primeras lecturas parecen indicar un cambio en la resistividad del suelo a poca profundidad, luego las lecturas posteriores se acercan al valor correcto de 300 Ω-m y, finalmente, las lecturas se acercan a la resistividad correcta del suelo de la capa inferior de 100 Ω- metro. A partir de esta curva, no se puede determinar fácilmente una indicación clara de la profundidad de la capa superior, aunque parece ser algo menos de 5 m. Ninguno de los métodos aproximados mencionados anteriormente anteriormente predice predice correctamente la profundidad de 6,1 m. En la Figura 5(b), la profundidad de la capa superior superior es aún m más ás difícil de predecir. De hecho, no está claro en la Figura 5(b) que haya un cambio claro en las resistividades del suelo; 17 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Los métodos discutidos en el Anexo Anexo A y el An Anexo exo B se pueden usar para determinar los parámetros de suelo más adecuados para modelos de suelo uniforme o de dos capas. Alternativamente, hay software disponible que puede interpretar las mediciones en un modelo de suelo apropiado que consta de suelo uniforme o varias capas de suelo. Tabla 3—Medidas de campo igualmente espaciados de cuatro puntos esperados para matemáticamente modelos de suelo derivados de dos capas ρ1= 300, ρ2= 100, h = 6,1 m (20 pies) Aparente ρ1= 100, ρ2= 300, h = 6,1 m (20 pies) Aparente m (pies) Resistencia (Ω) resistividad (Ω-m) Resistencia (Ω) resistividad (Ω-m) 0,3 (1,0) 0,9 (3,0) 1,5 (5,0) 3.0 (10.0) 4,5 (15,0) 6,1 (20,0) 9.10 (30.0) 15,2 (50,0) 21,3 (70,0) 27,4 (90,0) 33,5 (110,0) 39,6 (130,0) 45,7 (150,0) 159.15 52.99 31.67 15.38 300.0 299.7 298.5 289.8 272.6 248.7 203.3 144.5 120.4 110.8 106.5 104.3 103.1 53.05 17.71 10.67 100.0 100.1 100.6 103.9 110.9 121.0 142.8 181.4 208.6 227.8 241.4 251.7 259.6 Espaciado 9.64 6.49 3.56 1.51 0.90 0,64 0.51 0.42 0.36 (a) 5.51 3.92 3. 16 2.50 1.90 1.56 1.32 1.15 1.01 0.90 (b) Figura 5—Método de cuatro puntos, igualmente espaciados derivado matemáticamente mediciones de campo 7.4 Orientación sobre la realización de mediciones de campo 7.4.1 Interferencias Cuando realice mediciones utilizando los métodos de variación de profundidad o de cuatro puntos, tenga cuidado de evitar interferencias de estructuras o circuitos cercanos. Estas interferencias pueden ser pasivas o activas. Las interferencias pasivas incluyen, entre otras, cercas metálicas, puesta a tierra de postes de líneas de transmisión o distribución, cimientos de edificios grandes, objetos conductores enterrados y tuberías metálicas. Estas interferencias pasivas pueden actuar como un cortocircuito para distorsionar los potenciales creados en el suelo a partir de la corriente de prueba inyectada. Las interferencias activas incluyen, entre otras, líneas de transmisión o distribución en paralelo, circuitos de comunicación en paralelo y corrientes de CC pará parásitas. sitas. Utilice sondas de prueba hechas de un material que minimice los voltajes galvánicos entre las sondas. 18 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra ADVERTENCIA Evite colocar cables de prueba de gran longitud paralelos a fuentes de alta corriente. Una segunda razón, y más importante, para evitar fuentes de corriente activas paralelas es el posible voltaje peligroso que se puede acoplar al cable de prueba a través de la inducción electromagnética. Con varios cientos de pies de cable extendidos paralelos a una línea con una gran corriente de carga, podría haber suficiente voltaje inducido en el cable para provocar una descarga severa a una persona en serie con el extremo del cable y una de las sondas de prueba. 7.4.2 Influencia de la distancia entre sondas en la precisión de la prueba Dependiendo de las variaciones reales de la resistividad del suelo con la profundidad, el espaciado de la sonda para el método de Wenner puede influir significativamente en la precisión del modelo de suelo multicapa calculado. Southey y Dawalibi [B56] han demostrado demostrado en la Tabla 4 que los rrangos angos de errores en resistencia, voltajes de contacto y de paso para una malla de tierra se pueden encontrar para el espaciado de sondas en función de la dimensión de la malla de tierra. Este análisis se basó en una serie de modelos de suelo de dos capas "perfectos", con la resistividad aparente versus el espaciamiento de la sonda calculada usando un programa de computadora. Por lo tanto, no hay fuente de error entre la capa del modelo de dos capas y los parámetros de profundidad versus la estructura real del suelo. Tabla 4—Rango de error basado en el espaciado de la sonda Rango de errores (%) Espaciado de sonda (% longitud de cuadrícula) Resistencia de rejilla 40% – 50% a +30% 100% – 33% a +9% 300% – 17% a +9% Toca y(en pisa tensión % de rejilla GPR) – 20% a +110% – 8% a +50% – 8% a +20% La Tabla 4 demuestra demuestra que los espaciamientos de las sondas del orden de la dimensión de la rejilla de ttierra ierra deberían proporcionar una precisión de modelo suficiente para calcular los voltajes de contacto y de paso, mientras que se requieren espaciamientos de sondas de más de tres veces la longitud de la rejilla para predicciones conservadoras de la resistencia de la rejilla. Para el método de variación de profundidad, las sondas remotas de corriente y potencial deben colocarse para satisfacer los requisitos de impedancia del electrodo de la Cláusula 8. 8. Impedancia de tierra 8.1 Generalidades Las mediciones de resistencia de una rejilla de tierra o un electrodo de tierra se han realizado desde principios de la década de 1950 y siguen siendo las pruebas más populares en la industria de servicios eléctricos. Los datos de resistencia proporcionan una estimación rápida del aumento del potencial de tierra ( yogramo×Rgramo) del electrodo de tierra. Debido a su mayor magnitud de corriente de falla disponible y la mayor probabilidad de exposición, las rejillas de tierra de las subestaciones generalmente se diseñan para limitar los gradientes de voltaje de la superficie a valores tolerables. Puede o no haber un llímite ímite en la resistencia de la rejilla de tierra de la subestación, según la preferencia de la empresa de servicios públicos. A diferencia de las redes de puesta a tierra de las subestaciones, las puestas a tierra de los postes de transmisión o distribución se diseñan e instalan basándose en la limitación de sus impedancias a tierra remota a valores específicos. Esta práctica es práctica y más apropiada para mejorar el desempeño contra rayos de los sistemas de transmisión y distribución. En cualquier caso, la medición de la impedancia de la rejilla de tierra o del electrodo de tierra puede ser una parte importante del diseño o análisis de un sistema de puesta a tierra. Para obtener más información sobre el uso de la impedancia de tierra 19 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra medidas para el diseño de sistemas de energía eléctrica, consulte IEEE Std 80, IEEE Std 142 TM-2007 [B36] y IEEE Std 367TM-2012 [B39]. [B39]. Las conexiones a tierra tienen impedancias complejas que incluyen componentes resistivos, capacitivos e inductivos, indu ctivos, todos los cuales afectan sus capacidades de transporte de corriente. La resistencia de la conexión a tierra remota es de particular interés para quienes se preocupan por las frecuencias eléctricas porque se ve afectada por la resistividad de la tierra en el área de la conexión, suponiendo que el sistema de puesta a tierra sea lo suficientemente pequeño como para que la resistencia domine la impedancia general. Los valores de capacitancia e inductancia son de interés para aquellos interesados en frecuencias más altas, como aplicaciones de rayos y comunicaciones comunicaciones por radio, o sistemas sistemas de puesta a tierra muy grandes cuando la resistencia no domina la impedancia general. Un sistema de puesta a tierra de una subestación generalmente consta de conductores de tierra enterrados conectados a varias estructuras de transmisión y postes de distribución interconectados por conductores de protección y neutros. La impedancia interconectada de este tipo de sistema de puesta a tierra se denominaráimpedancia denominaráimpedancia del sistema de tierra.Las tierra.Las tierras de postes aislados y la mayoría de las subestaciones de distribución con resistividades típicas del suelo son predominantemente resistivas. Por otro lado, los grandes sistemas de puesta a tierra, especialmente en áreas de baja resistividad del suelo, tendrán un componente reactivo significativo. Esta cláusula describe técnicas para medir la impedancia de sistemas de puesta a tierra aislados e interconectados. Para evitar confusiones, el término "resistencia" se utilizará para referirse a la impedancia de un electrodo de tierra aislado en las siguientes subcláusulas. 8.1.1 Características Características La impedancia de un sistema de puesta a tierra depende en gran medida de la resistividad del suelo circundante y de la extensión y configuración del electrodo enterrado. La tierra en un lugar determinado puede estar compuesta de varias combinaciones de suelo seco, arcilla, grava, pizarra, pi zarra, arenisca u otros materiales naturales de resistividad muy variable. El suelo puede ser relativamente homogéneo en un área grande, o puede tener capas de granito, arena u otros materiales de alta resistividad y, por lo tanto, estar prácticamente aislado del área circundante. En consecuencia, la impedancia de puesta a tierra puede variar con la estación a medida que cambian la temperatura, el contenido de humedad y la densidad del suelo. Los cálculos y la experiencia muestran que, en un suelo dado, la eficacia de una rejilla de puesta a tierra depende en gran medida del tamaño total de la rejilla de puesta a tierra y de la l a resistividad del suelo. La adición de conductores y varillas de puesta a tierra dentro de un sistema de rejilla de puesta a tierra existente también puede ayudar un poco a reducir la impedancia de la rejilla de puesta a tierra. Esta reducción disminuye con la adición de cada conductor o varilla sucesiva. Después de la instalación de una subestación u otra estructura puesta a tierra, el asentamiento del suelo con los cambios climáticos cíclicos anuales tiende a reducir la impedancia i mpedancia del suelo durante el primer o segundo año. La impedancia de un electrodo de puesta a tierra generalmente se mide en términos de resistencia porque la reactancia generalmente es insignificante con respecto al componente resistivo. El componente reactivo aumenta con el tamaño de la red de puesta a tierra y especialmente cuando la red de puesta a tierra está interconectada con sistemas de cables de protección y neutros puestos a tierra. La determinación del componente reactivo es necesaria cuando el análisis involucra corrientes de sobretensión o de impulso. La resistencia generalmente no variará mucho de un año a otro después del primer o segundo año después de su instal instalación. ación. Aunque la rejilla de puesta a tierra puede enterrarse sólo medio metro por debajo de la superficie, la resistencia de una rejilla de puesta a tierra parece tener poca relación con los cambios en la resistividad al nivel del enterramiento. La falta de correlación entre la resistencia de la rejilla y la resistividad de la profundidad de enterramiento es especialmente cierta para las rejillas equipadas con varillas de hincado largo en contacto con suelos profundos. Obviamente, esto no será cierto para rejillas de tierra enterradas sobre un estrato de alta resistividad, como un lecho de roca o rejillas enterradas en permafrost. 20 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra 8.1.2 Valor teórico de la resistencia de tierra Los valores calculados o teóricos de la resistencia de un electrodo a tierra remota pueden variar del valor medido debido a los siguientes si guientes factores: a) Inadecuación de los métodos analíticos utilizados en los cálculos de la resistencia. b) Las resistividades de tierra en el momento de la medición de la resistencia son diferentes de las supuestas en los cálculos. c) Extensión inexacta o insuficiente del estudio de resistividad; por ejemplo, el número y la dispersión de las pruebas, el espaciamiento de las sondas y la inadecuación de la instrumentación utilizada. d) Presencia de estructuras metálicas enterradas y cables de tierra en las proximidades del sitio de prueba, que pueden desviar una cantidad sustancial de la corriente de prueba. e) Las lecturas de las pinzas amperimétricas pueden contener un gran error si la reactancia en el circuito de prueba es significativa en comparación con la resistencia del circuito de prueba o si los filtros no son adecuados para filtrar las frecuencias de 50 Hz/60 Hz causadas por corrientes parásitas. Las pinzas amperimétricas están especialmente sujetas a errores causados por la reactancia en el circuito de prueba porque las frecuencias de prueba prueba suelen oscilar entre 1 kHz y 3,4 kHz. Además, si hay bucles de tierra, es posible que los medidores de tierra con abrazadera no midan la impedancia de tierra deseada. Para más información, ver Anexo E. La diferencia entre los valores medidos y calculados de la resistencia se puede minimizar si las mediciones de la resistividad del suelo y la resistencia de la red de puesta a tierra se obtienen en condiciones climáticas similares. De manera similar, para las mallas de suelo que están influenciadas por los cambios estacionales, es prudente realizar las mediciones de resistividad del suelo durante condiciones climáticas adversas para obtener valores conservadores para la ubicación. 8.2 Métodos de medición de la impedancia de tierra 8.2.1 Generalidades Esta subcláusula describe los métodos generales para medir la impedancia de tierra (IEEE Std 80, Curdts [B18], Dawalibi Dawali bi y Barbeito [B19], Dawalibi Dawalibi y Mu Mukhedkar khedkar [B20], Dawalibi y M Mukhedk ukhedkar ar [B22], EPRI EL-2699 [B27], IEEE Std 367-2012 [B39], [B39], Kinyon Kinyon [B42], Megger [B45], [B45], Larsen y Nordell Nordell [B44], Meliopou Meliopoulos los y otros otros [B47], Tagg [B58], Thug [B60], [B60], Thug [B61]). Pa Para ra obten obtener er una descripción descripción de de los in instrume strumentos ntos disponibles, disponibles, consulte el Anexo E. En esta subcláusula, el valor valor de impedancia impedancia medido se denomina resistencia, aunque contiene un componente reactivo. El componente reactivo puede ser muy significativo para sistemas de puesta a tierra grandes o interconectados. La resistencia de un electrodo de tierra generalmente se determina con corriente alterna o periódicamente invertida. Esto minimiza el efecto de los voltajes galvánicos que pueden estar presentes en las sondas y la interferencia de corrientes directas en el suelo de protección catódica o corrientes telúricas. La aplicación de corrientes de prueba que operen a una frecuencia diferente de la potencia o las frecuencias armónicas minimizará la interferencia de posibles corrientes parásitas. 8.2.2 Métodos 8.2.2.1 Método de dos puntos En este método, la resistencia del electrodo de tierra en cuestión se mide en serie con un electrodo de tierra auxiliar. Se supone que la resistencia de la tierra auxiliar es despreciable en comparación con la resistencia de la tierra en cuestión. El valor medido representa entonces la resistencia de la tierra en cuestión. Una aplicación de este método es medir la resistencia de una varilla de tierra con respecto a una casa residencial cercana. Por lo general, una casa residencial tiene un sistema de puesta a tierra de baja impedancia debido a 21 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra su enlace con el conductor neutro del sistema de alimentación. El uso de un sistema de puesta a tierra de este tipo como tierra auxiliar puede producir un resultado de prueba con una precisión razonable. Obviamente, este método está sujeto a grandes errores cuando se prueban tierras de baja resistencia. Si el sujeto y los terrenos auxiliares están demasiado cerca uno del otro, entonces la resistencia mutua entre los terrenos también puede ser una fuente de error. Sin embargo, este método es una herramienta útil cuando unir un ir o no irtipo de prueba es todo lo que se requiere. 8.2.2.2 Método de los tres puntos Este método involucra el uso de dos electrodos auxiliares con sus resistencias designadas como comorr2y 3 1 r .La resistencia del electrodo en cuestión se designar designa r . La resistencia entre cada par de electrodos se mide y se designar designar12,r13, yr yr23, dónde r12=r 1+r , etc. 2 Resolviendo las tres ecuaciones simultáneas, se sigue que r1= (r1)2− (r) 2+3 (r (r) 13 (8) 2 Al medir la resistencia en serie de cada par de electrodos de tierra y sustituir los valores de resistencia en la ecuación, el valor der de r1se puede establecer. Si los dos electrodos auxiliares tienen una resistencia materialmente más alta que el electrodo bajo prueba, entonces los errores en las mediciones individuales se magnificarán en gran medida en el resultado final. Para una medición precisa, los electrodos deben estar a una distancia suficiente entre sí para minimizar las resistencias mutuas entre ellos. En casos de distancias inadecuadas entre los electrodos, pueden surgir absurdos como resistencias nulas o negativas. Al medir la resistencia de una varilla de tierra, separe los tres electrodos por lo menos tres veces la profundidad de la varilla en cuestión. Al proporcionar esta guía, también se asume que los electrodos auxiliares se conducen a la misma o menor profundidad que la varilla de tierra en cuestión. 8.2.2.3 Pruebas de falla por etapas Las pruebas de alta corriente por etapas se pueden realizar a voltajes completos o reducidos para aquellos casos en los que se desea información específica sobre una instalación de puesta a tierra en particular. El objeto es registrar el voltaje entre puntos seleccionados y corrientes en circuitos específicos. El método más práctico para registrar las mediciones es utilizar la instrumentación existente, como canales de repuesto en los registradores de fallas. Normalmente, las tensiones y corrientes a registrar son de magnitudes elevadas, por lo que se requieren circuitos de atenuación (transformadores de corriente [TC], transformadores transformador es de tensión, divisores de tensión, etc.). Los voltajes a medir se pueden estimar realizando pruebas de caída de potencial. La impedancia de entrada del dispositivo de grabación debe ser significativamente mayor que la resistencia que se mide para mejorar la precisión. El circuito de prueba puede incluir un electrodo auxiliar de alta resistencia conectado al lado primario del transformador de potencial. En tal caso, el dispositivo de registro se puede calibrar insertando una fuente de voltaje variable entre el transformador de potencial y el electrodo auxiliar que produce los voltajes que se van a medir. 8.2.2.4 Método de caída de potencial El método de caída de potencial (FOP) implica pasar una corriente entre un electrodo de tierra (G) y una sonda de corriente (CP), y luego medir el voltaje entre G y una sonda de potencial (PP), como se muestra en la Figura 6. Para minimizar las influencias entre electrodos debido a las resistencias mutuas, la sonda de corriente generalmente se coloca a una distancia considerable del electrodo de tierra bajo prueba. 22 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Por lo general, esta distancia es al menos cinco veces la dimensión más grande del electrodo de tierra bajo prueba. La sonda de potencial generalmente se coloca en la misma dirección que la sonda de corriente, pero se puede colocar en la dirección opuesta, como se muestra en la Figura 6. En la práctica, la distancia "X" para la sonda de potencial a menudo se elige para que sea del 62 %. de la distancia de la sonda de corriente cuando las sondas de corriente y potencial están en la misma dirección (regla del 62%). Esta distancia se basa en la posición teóricamente correcta para medir la impedancia exacta del electrodo para un suelo con resistividad uniforme uniforme ((Curdts Curdts [B18]), asume una distancia suficiente entre el electrodo de tierra bajo prueba y las sondas de prueba que están presentes para permitir que las sondas de prueba ser considerado como un hemisferio, y asume además que el electrodo de tierra no tiene interconexiones externas. Figura 6—Ilustración del método de caída de potencial Una vez que se cumplen los criterios para la sonda de corriente, la ubicación de la sonda de potencial es fundamental para medir con precisión la resistencia del electrodo de tierra. La ubicación debe estar libre de cualquier influencia tanto del electrodo de tierra bajo prueba como de la sonda de corriente. Una forma práctica de determinar si la sonda de potencial está libre de la influencia de otros electrodos es obtener varias lecturas de resistencia moviendo la sonda de pot encial entre la rejilla de tierra y la sonda de corriente. Se puede suponer que dos o tres lecturas de resistencia constante consecutivas representan el valor de resistencia real (método de pendiente plana). La Figura 7 muestra gráficos típicos de impedancia versus distancia PP desde el suelo. La línea sólida que representa la orientación de los electrodos auxiliares en la misma dirección se acerca a cero cerca del electrodo de tierra y al infinito cerca de la sonda de corriente. El gráfico correspondiente a PP y CP en direcciones opuestas entre sí se comporta de manera diferente, como lo muestra la línea discontinua. En una situación ideal, se puede identificar un punto de inflexión claro que se acerque a la impedancia del electrodo bajo prueba. Los gráficos que se muestran en la Figura 7 corresponden a suelos con resistividad uniforme. Para suelos no uniformes, estos gráficos pueden no tener secciones de pendiente cero que generalmente indican zonas libres de influencia. se puede identificar un punto de inflexión claro que se aproxima a la impedancia del electrodo bajo prueba. Los gráficos que se muestran en la Figura 7 corresponden a suelos con resistividad uniforme. Para suelos no uniformes, estos gráficos pueden no tener secciones de pendiente cero que generalmente indican zonas libres de influencia. se puede identificar un punto de inflexión claro que se aproxima a la impedancia del electrodo bajo prueba. Los gráficos que se muestran en la Figura 7 corresponden corresponden a suelos con resistividad uniforme. Para suelos no uniformes, estos gráficos pueden no tener secciones de pendiente cero que generalmente indican zonas libres de influencia. La teoría FOP sugiere que, para un suelo con resistividad uniforme, la línea lí nea discontinua que se muestra en la Fi Figura gura 7 siem siempre pre se acercará a la línea continua desde abajo, pero la distancia de separación requerida es mayor cuando se usan sondas en lados opuestos. Asimismo, las variaciones debidas a la falta de uniformidad del suelo son mayores cuando el PP y el CP se ubican en dirección opuesta (línea discontinua). Las limitaciones adicionales del método FOP impiden que produzca un valor de impedancia real. Se obtiene una medición precisa de la impedancia solo cuando el sistema de puesta a tierra en cuestión se puede representar como un hemisferio equivalente con un centro eléctrico para medir varias distancias de sonda. Un centro eléctrico efectivo se define como un punto en un sistema de puesta a tierra donde fluye la mayor parte de la corriente de prueba. La mayoría de las cuadrículas de tierra aisladas con geometrías simples se pueden representar mediante hemisferios equivalentes. Para sistemas de puesta a tierra complejos, como una red de puesta a tierra de una subestación grande (o incluso una puesta a tierra de una subestación pequeña). 23 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra red con un blindaje interconectado y sistemas neutrales), tal representación es extremadamente difícil de obtener. Gráfico de caída de potencial 4.5 4 ) 3.5 s o i m 3 h o ( 2.5 ia c 2 n a d e 1.5 p Im 1 0.5 0 0 30 60 PP distancia desde el suelo (m) 90 120 PP en dirección opuesta a CP PP en la misma dirección que CP Figura 7—Impedancia típica versus espaciado de sonda potencial para el método de caída de potencial El Dr. GF Tagg [B58] [B5 8] descri describió bió un método conocido como el “método de la pendiente”. En su método, los supuestos de resistividad uniforme del suelo y la representación del sistema de electrodos de puesta a tierra como un electrodo hemisférico equivalente permanecieron como antes. Sin embargo, su método permitió medir las distancias de la sonda desde un punto conveniente, como desde el borde de un sistema de electrodos de puesta a tierra, tie rra, introduciendo las distancias de error en la ecuación de caída de potencial. El método de la pendiente del Dr. Tagg [B58] se puede resumir de la sig siguiente uiente manera: a) Elija un punto de partida conveniente para las mediciones lineales y seleccione una distancia adecuada para el CP. b) Medir resistenciasR resistenciasR1,R2, yR yR3insertando PP a distancias de 0.2CP, 0.4CP y 0.6CP, respectivamente. c) Calcular el coeficiente de variación de la pendiente μ = (R ( R3–R2) / ((R R2–R1). d) Busque el valor de PP T/CP correspondiente al valor “μ” de la Tabla T abla 5. e) Medir la resistencia colocando la sonda de potencial en PP Tdistancia. 24 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Tabla 5—Coeficientes del método de la pendiente pendient e [B58] m 0.40 0.41 0.42 0.43 0.44 0.643 0.642 0.640 0.639 0.637 m 0.80 0.81 0.82 0.83 0.84 0,45 0.46 0.47 0.48 0.49 0.50 0.51 0.52 0,53 0.54 0,55 0,56 0.57 0.58 0.59 0,60 0.636 0.635 0.633 0.632 0.630 0.629 0.627 0.626 0.624 0.623 0.621 0.620 0.618 0.617 0.615 0.614 0,61 0,62 0,63 0,64 0,65 0,66 0,67 0,68 0,69 0.70 0.71 0.72 0.73 0.74 0.75 0.76 0.77 0.78 0.79 0.612 0.610 0.609 0.607 0.606 0.604 0.602 0.601 0.599 0.597 0.596 0.594 0.592 0.591 0.589 0.587 0.585 0.584 0.582 PÁGINAST/CP 0.580 0.579 0.577 0.575 0.573 m 1.20 1.21 1.22 1.23 1.24 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89 0.90 0.91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,96 0.97 0.98 0.99 1.00 0.571 0.569 0.567 0.566 0.564 0.562 0.560 0.588 0.556 0.554 0.552 0.550 0.548 0.546 0.544 0.542 1.25 1.26 1.27 1.28 1.29 1.30 1.31 1.32 1.33 1.34 1.35 1.36 1.37 1.38 1.39 1.40 0.480 0.477 0.474 0.471 0.468 0.465 0.462 0.458 0.455 0.452 0.448 0.445 0.441 0.438 0.434 0.431 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 1.19 0.539 0.537 0.535 0.533 0.531 0.528 0.526 0.524 0.522 0.519 0.517 0.514 0.512 0.509 0.507 0.504 0.502 0.499 0.497 1.41 1.42 1.43 1.44 1.45 1.46 1.47 1.48 1.49 1.50 1.51 1.52 1.53 1.54 1.55 1.56 1.57 1.58 1.59 0.427 0.423 0.418 0.414 0.410 0.406 0.401 0.397 0.393 0.389 0.384 0.379 0.374 0.369 0.364 0.358 0.352 0.347 0.341 PÁGINAST/CP 25 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. PÁGINAST/CP 0.494 0.491 0.488 0.486 0.483 Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra yo V mi pags 1 PAGS C X h pags 2 d K= 0,95 0.80 0,60 0.40 0.20 80 % N E d /x N IÓ C A L E R 70 60 2 1 K-0.0 - 0,20 - 0,40 - 0,60 - 0,80 - 0,95 50 10- 4 pag 1 2 K= pags + pag 10- 2 100 102 104 RELACIÓN h/d Figura 8—Posición requerida del electrodo de potencial en una tierra de dos capas 8.2.2.4.1 Interpretación de los resultados En el caso del método de caída de potencial para una ubicación de sonda de corriente determinada, hay un espaciado de sonda potencial que proporciona la impedancia de tierra real de la tierra que se está probando. Sin embargo, el espaciado correcto puede ser muy difícil de determinar, especialmente si la cuadrícula de tierra tiene una forma form a compleja (consulte Curdts [B18], [B18], Dawa Dawalibi libi y Mukhedkar [B20] y Dawalibi y Mukhedkar Mukhedkar [B22] para obtener información adicional). El espaciado correcto también es una función de la configuración del suelo, como se demuestra en Dawalibi y Mukhedkar Mukhedkar [B20] y se ilus ilustra tra en la Fi Figura gura 8, que es aplicable a sistemas de suelo pequeños. Como se indica en la Figura 8, el espaciado de sonda potencial requeridoX requeridoX(cuando la sonda está entre E y C y cuando el suelo es uniforme) es tal que la relaciónx/d relaciónx/d=0.618. Esto fue probado por primera vez por Curdts [B18] para pe pequeños queños electrodos hemisféricos. Ver Anexo C. Las declaraciones anteriores muestran que para aplicar la regla del 62%, deben existir las siguientes condiciones: a) Un suelo bastante uniforme. 26 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra b) Grandes distancias entre la rejilla de tierra bajo prueba y los electrodos de referencia, de modo que se pueda suponer que todos los electrodos son hemisféricos. c) El electrodo bajo prueba no tiene conexiones a tierra externas. También se necesita el origen de referencia para medir las distancias de los electrodos auxiliares (sondas de corriente y tensión). Para terrenos hemisféricos, el origen es el e l centro del terreno. Para grandes sistemas terrestres, algunos autores introducen el concepto decentro de centro electricoy describir el método para determinar la impedancia de los extensos sistemas dede puesta tierra grande incrustados en un suelo uniforme (Thug [B61]). El usuario debe en cuenta que para un sistema red dea tierra y complejo, el centro elcentro electrico podría no ser el mismo quetener el centro geométrico de la cuadrícula de tierra. A diferencia del centro geométrico, la ubicación del centro eléctrico depende en gran medida del perfil de densidad de corriente en y alrededor de los conductores de rejilla de tierra. La prueba de caída de potencial mide la resistencia entre un punto en la rejilla de tierra y la tierra remota. Si un valor de prueba es mucho más alto de lo esperado, es posible que los cables de prueba se hayan conectado a un conductor que no estaba correctamente conectado a la rejilla de tierra. Si se sospecha una conexión deficiente, las mediciones se pueden repetir en otros puntos de la cuadrícula de tierra. Si los valores originales y repetidos varían drásticamente, entonces la rejilla de tierra puede dañarse y puede ser apropiado realizar una prueba de integridad de la l a rejilla de tierra. Alternativamente, las pruebas de continuidad se pueden realizar antes de realizar la prueba de caída de potencial. En general, la mejor manera de obtener una medición satisfactoria es lograr un espacio entre la rejilla de tierra y la sonda de corriente (Figura 6) de d e modo que todas las resistencias mutuas sean lo suficientemente pequeñas y la curva de caída de potencial se nivele (Figura (Fi gura 7). La principal principal ventaja del método de caída de potencial es que los electrodos de potencial y corriente pueden tener una resistencia sustancialmente mayor que la tierra que se está probando sin afectar significativamente la precisión de la medición. 8.2.2.5 Mediciones de resistencia por método de sujeción o sin picas La pinza amperimétrica mide la resistencia de un electrodo de puesta a tierra sujetándolo al cable conductor de bajada, como se ilustra en e n la Figura 9. Cuando se enciende, la pinza amperimétrica induce un voltaje con una frecuencia definida, generalmente entre 1 kHz y 3,4 kHz. , en el sistema de tierra integrado, incluido el electrodo de tierra bajo medición. El voltaje inducido provoca una corriente (yoprueba) para fluir hacia el sistema multiaterrizado, que se mide con el medidor. La relación voltaje-corriente (impedancia) es luego determinada y mostrada en formato digital por el medidor. El método se basa en la suposición de que la impedancia del sistema neutro (o blindaje) con múltiples conexiones a tierra, excluyendo el electrodo de tierra bajo prueba, es tan pequeña en comparación con el electrodo de tierra bajo prueba, que se puede suponer que es cero (Z ( Zequivalente= 0). Con esta suposición, la lectura indicada in dicada se aproxima a la resistencia del electrodo de tierra cuando se usa correctamente. La precisión del dispositivo de sujeción se basa en el acoplamiento y la alineación adecuados de las mordazas. Las pinzas amperimétricas requieren una calibración frecuente para garantizar un funcionamiento adecuado. Aunque este método es práctico y se usa ampliamente para líneas de transmisión y distribución, su teoría se presta a algunas limitaciones de aplicación que se enumeran a continuación: a) La aplicación se limita a un electrodo de tierra conectado a un sistema de puesta a tierra de impedancia relativamente baja. b) Se puede introducir un gran error en la medición de prueba si la reactancia inductiva del blindaje con conexión a tierra múltiple o del sistema neutro bajo prueba es significativa en comparación con la resistencia que se mide. Esto es particularmente cierto en el caso de los dispositivos de abrazadera que requieren frecuencias de prueba altas de 1 kHz a 3,4 kHz para mantener sus formas compactas, suponiendo que no se haga ningún esfuerzo para tener en cuenta la reactancia en el circuito de prueba. La alta frecuencia inyectada en el circuito de prueba aumentará la impedancia reactiva del circuito y puede distorsionar mucho las lecturas de prueba si la inductancia es significativa. 27 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra c) Los empalmes o conexiones corroídos en el sistema neutral (o cable blindado) pueden influir en la lectura. Sin embargo, por lo general, el medidor indica un blindaje abierto o un cable neutro. d) El método no es aplicable a un sistema de electrodos de tierra de conexión múltiple, como una red de tierra de subestación, un poste multiconectado o una estructura de tierra. Desconecte las tierras de estructuras o postes multiconectados, excepto en la pata de medición. Asegúrese de que cualquier cable de conexión a tierra esté desconectado de manera segura. e) El ruido de alta frecuencia en el sistema puede influir en la lectura. Puede ocurrir una alta relación ruido-señal durante la medición de una tierra de alta resistencia. Neutro con conexión a tierra múltiple (o escudo) Zequivalente= 0 Zequivalente= 0 yoprueba Inducción de corriente y abrazadera de medición dispositivo Figura 9—Medición de resistencia por método de abrazadera (sin picas) Para obtener más información sobre las limitaciones y la precisión de las pinzas amperimétricas, consulte el Anexo E. 8.2.2.6 Mediciones de resistencia por método FOP/clamp-on También se puede medir una resistencia independiente de un electrodo de tierra combinando el método de caída de potencial y el método de sujeción, como se muest muestra ra en la Figu Figura ra 10. Las sondas de corriente y voltaje se colocan de la misma manera que se requiere para el FOP. método. Además de pasar la corriente al sistema de puesta a tierra, un TC con abrazadera mide la parte de la corriente de prueba que fluye hacia el sistema de puesta a tierra. Una relación entre el voltaje medido y la corriente de tierra medida determina la resistencia independiente del sistema de puesta a tierra. El método FOP/clamp-on se usa a menudo cuando se miden las resistencias de estructuras de líneas de transmisión con múltiples patas o arriostradas que no tienen sistemas de electrodos de tierra dedicados. Para medir la corriente que fluye en el suelo, se usa un TC grande de núcleo dividido, como se muestra en la Figura 10 10.. En el caso de una torre de cuatro patas, la resistencia de cada pata se mide por separado antes de combinarlas para determinar la resistencia total de la torre. estructura. Recientemente, se ha desarrollado un dispositivo que permite medir las cuatro resistencias simultáneamente. Similar al método de sujeción, el ruido de alta frecuencia en el sistema puede influir en la lectura. También puede ocurrir una alta relación ruido-señal durante la medición de una tierra de alta resistencia. 28 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Figura 10—Torre probando el sistema de resistencia a tierra usando FOP y mediciones de corriente de fuga 8.2.2.7 Medición de impedancia de tierra por multímetro de puesta a tierra basado en computadora Se desarrolló un multímetro de puesta a tierra basado en computadora (Meliopoulos et al. [B47]) [B47]) con la capacidad de caracterizar la impedancia de un sistema de tierra aislado o integrado. La prueba consiste en instalar un electrodo de retorno de corriente y seis electrodos de detección de voltaje (a través de un par de cables tricoaxiales, cada uno conectado a tres electrodos), como se muestra en la Figura Figura 11. El ele electrodo ctrodo de retorno de corriente se coloca a una distancia de al menos dos veces la distancia más larga. dimensión de la subestación. La primera sonda de voltaje en cada cadena generalmente se coloca a una distancia de 15 m (50 pies) de la cerca de la subestación. Las distancias de las sondas de tensión restantes se fijan automáticamente desde la primera sonda. Para una mejor precisión, las sondas de voltaje se ubican lo más lejos le jos posible de otras estructuras de tierra (como postes, tuberías, etc.). Generalmente, este tipo de multímetros presentan al usuario las siguientes opciones de medición: a) Impedancia de tierra (sistema de puesta a tierra aislado o interconectado de una torre, poste o subestación) b) resistividad del suelo c) Impedancia de tierra de la torre (impedancia de tierra de poste/torre independiente sin desconectar el blindaje o los cables neutros) d) Tensión de contacto e) Tensión de paso f) Impedancia de la malla de tierra (impedancia de tierra de una subestación independiente sin desconectar el blindaje ni los hilos neutros) g) Tensión de transferencia h) Baja impedancia/continuidad (prueba de integridad del conductor de la rejilla de tierra de la subestación) Según la opción de medición seleccionada, el usuario ingresa varios parámetros, incluidos el tipo y el tamaño del sistema de conexión a tierra (varillas de conexión a tierra, contrapesos o rejilla de conexión a tierra) y las coordenadas aproximadas de los electrodos de corriente y voltaje. Durante la prueba, la fuente de alimentación inyecta pulsos continuos (ruido blanco) entre el electrodo de puesta a tierra bajo prueba y el electrodo de retorno. La corriente 29 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra se inyectan pulsos de corta duración, normalmente de 0,5 s. En el modo de impedancia de tierra, las diferencias de potencial de tierra (GPD) se miden con seis electrodos de voltaje. Luego, el software de la computadora procesa la corriente medida y los GPD y realiza lo siguiente: ⎯ ⎯ ⎯ Filtrado de ruido Corrección de errores del transductor de tensión y corriente Estimación de la impedancia del electrodo de tierra y el factor del suelo resolviendo una matriz de ecuaciones de 2 por 6 usando el método de mínimos cuadrados ponderados ⎯ Muestra un gráfico de impedancia de tierra (magnitud y ángulo de fase) versus frecuencia en la pantalla Figura 11—Medición de impedancia de tierra por multímetro de tierra basado en computadora En otras áreas, como sigue, el método informático tiene limitaciones similares al método FOP que pueden influir en la precisión de los datos: ⎯ Las distancias de las sondas de tensión y corriente se miden desde un centro eléctrico supuesto y, como resultado, la impedancia de un sistema de puesta a tierra interconectado no se determina con precisión. ⎯ El valor de impedancia medido puede variar con los cambios en la ubicación de la sonda de voltaje y/o corriente. Sin embargo, el método proporciona un rango de error junto con el valor de la impedancia. El método afirma que el verdadero valor de la impedancia está encerrado por este rango de ±. 9. Pruebas de potenciales de tierra y tensiones de paso y contacto 9.1 Propósito Las diferencias de potencial locales se pueden medir para realizar lo siguiente: a) Revisar los voltajes de paso y contacto en una estación existente para compararlos con los valores soportados tolerables del cuerpo. b) Confirmar los cálculos de diseño de las tensiones de paso y contacto en una nueva estación. Estos voltajes pueden ser diferentes de los valores medidos debido a varias aproximaciones en el sistema modelado. 30 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra En general, la red de puesta a tierra de una subestación está diseñada para limitar los voltajes de paso y contacto en y alrededor del patio dentro de los límites tolerables. Dependiendo de las suposiciones hechas en el diseño, los voltajes reales de paso y contacto durante la falla pueden diferir de los valores diseñados. Una mejor garantía de que la red de tierra de una subestación cumple con sus objetivos de diseño sería medir realmente los voltajes de paso y contacto inyectando una cantidad conocida de corriente en la malla de tierra desde un electrodo de tierra remoto y midiendo los gradientes de voltaje resultantes. Las magnitudes reales de los voltajes de paso, contacto y transferencia se pueden determinar escalando para la corriente de falla de la subestación. 9.2 Tipos de tensiones de paso y contacto La siguiente lista describe los diferentes tipos de voltajes de paso y contacto: a) Voltaje de paso—definición general La diferencia de potencial superficial que podría experimentar una persona que salva una distancia de 1 m con los pies sin tocar ningún objeto puesto a tierra. b) Voltaje de contacto—definición general La diferencia de potencial entre el GPR de una rejilla o sistema de puesta a tierra y el potencial de la superficie donde una persona podría estar de pie y al mismo tiempo tener una mano en contacto con una estructura u objeto puesto a tierra. Varios tipos de voltajes de toque son los siguientes: 1) Tensión de contacto de la estructura El voltaje de contacto de la estructura se mide entre una estructura puesta a tierra (u objeto metálico dentro de la subestación) y la superficie del suelo dentro de una distancia de 1 m (toque del brazo). El máximo generalmente ocurre en estructuras cercanas al borde de la cuadrícula. 2) Voltaje de contacto de malla El voltaje de contacto de malla se mide entre la rejilla de tierra y la superficie del suelo dentro de la huella de una malla de rejilla. El máximo generalmente ocurre cerca del centro de una malla en la periferia de la cuadrícula. 3) Voltaje de contacto de cerca El voltaje de contacto de la cerca se mide entre una cerca metálica y la superficie del suelo dentro de 1 m (distancia de contacto del brazo). Para una cerca puesta a tierra, el máximo generalmente ocurre en el exterior en la esquina más alejada del centro de la cuadrícula. Para una cerca aislada, ai slada, el máximo también puede ocurrir en el interior en un punto cercano a la l a cuadrícula. 4) Voltaje de contacto de puerta El voltaje de contacto de la puerta es la diferencia de potencial máxima entre una puerta metálica y la superficie del suelo dentro de 1 m (distancia de contacto del brazo) para cualquier posición oscilante de la puerta. Muchas puertas giran a través de un arco de 3 m de radio, por lo que se deben verificar los puntos dentro de los 4 m de la posición cerrada. De lo contrario, los tapetes de control de pendiente podrían no moderar adecuadamente los potenciales de contacto de la puerta alrededor de una puerta batiente cuando la la puerta está en la posición abierta. 5) Voltaje de toque transferido a la estación El voltaje de contacto transferido a la estación es la diferencia de potencial máxima entre la red de tierra y el suelo dentro de 1 m (distancia de contacto del brazo) de un objeto metálico exterior a la red pero unido a la red. Los ejemplos incluyen una herramienta eléctrica conectada a tierra que se usa más allá de la red, la funda de los cables de alimentación unidos en un poste ascendente, la válvula de cierre externa para una tubería de suministro de agua conectada a la red o una vía de tren conectada a la red. 31 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra 6) Voltaje táctil transferido a distancia El voltaje de contacto transferido remotamente es la diferencia de potencial máxima entre un objeto metálico unido remotamente y el suelo dentro de 1 m (distancia de contacto del brazo) en la proximidad de una estación. Los ejemplos incluyen un grifo de agua en una residencia vecina unido al neutro de distribución con conexión a tierra múltiple o una cubierta de cable telefónico con referencia remota. 9.3 Procedimiento de medición (general) Los pasos para el procedimiento de medición son los siguientes: a) La corriente de prueba circula entre un punto remoto y la red que se está probando para simular una condición de falla. Las diferencias de potenci pote ncial al locales generalmente se prueban junto con la impedancia de tierra de la estación. Consulte la Cláusula Cláusula 8 para obtener más detalles sobre la inyección de corriente de prueba. b) Los potenciales se pueden medir diferencialmente utilizando un par de hilos trenzados conectado a dos sondas (tensión de paso) o conectado a una sonda y un clip a una estructura metálica cercana (tensión de contacto). El voltaje de paso también se puede obtener haciendo dos mediciones de voltaje de toque en lugares separados por 1 m y tomando la diferencia entre los voltajes de toque medidos. c) Asegúrese de que las sondas hagan buen contacto con el suelo subyacente. Se puede configurar un ohmímetro de CA alimentado por batería independiente para medir la resistencia entre la sonda y la conexión a tierra de la estación para confirmar que su resistencia es pequeña en comparación con la impedancia de entrada del instrumento de prueba principal. d) Las varillas relativamente delgadas (6 mm de diámetro) son mucho más fáciles de clavar que las varillas de puesta a tierra permanentes (18 mm de diámetro) y proporcionan casi la misma resistencia a una profundidad dada. Utilice varillas que sean rígidas, lisas y resistentes a la corrosión. La penetración en el subsuelo húmedo suele ser suficiente (típicamente 150 mm). Las conexiones de terminales que se proporcionan en algunas varillas fabricadas pueden ser difíciles difícil es de mantener; un clip de batería conectado al cable de prueba funciona bien. e) Las comunicaciones inalámbricas entre la persona que coloca las sondas y la persona que realiza las mediciones ayuda a acelerar la prueba. f) El uso de una cinta métrica y la colocación de varias sondas, o el uso de una unidad de sistema de posicionamiento global, reduce los errores de posición. g) La tensión de paso o contacto normalmente se mide como una tensión relativa a una sonda de potencial de tierra remota o relativa a la rejilla de tierra, y se registra la corriente de prueba. Luego, los voltajes medidos se escalan según la corriente de falla que podría ingresar al sistema de puesta a tierra interconectado para determinar el voltaje de contacto o de paso. h) Para evaluar la seguridad, los voltajes de contacto y de paso medidos se comparan con los límites de voltaje tolerables definidos por IEEE Std 80. Tal como se define, estos voltajes límite dependen del límite de corriente tolerable, la resistencia debajo de los pies y la duración del culpa. i) La piedra de la superficie del jardín a menudo se deteriora debido a la intrusión de la arcilla subyacente, el crecimiento de malezas o la contaminación por finos. Una prueba de resistividad del material de la superfici superficiee (ver Anexo D D)) ayudará a establecer los límites de voltaje tolerables. 9.4 Métodos de medición de tensiones de paso, contacto y transferencia 9.4.1 Prueba de falla por etapas Las mediciones de puesta a tierra realizadas con una corriente de falla de fase a tierra completa en una subestación proporcionan los datos de tensión de paso, contacto y transferencia más precisos. Sin embargo, este tipo de prueba rara vez se realiza a menos que exista alguna otra razón más exigente, como la determinación de los parámetros del circuito, el rendimiento del equipo y las características de protección para las pruebas. La prueba de falla fall a por etapas se realiza de la misma manera que se describe en la Cláusula 8, per pero o se se requiere un cuidado especial y una preparación previa para realizar la prueba de manera segura. 32 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra 9.4.2 Inyección de corriente o prueba de falta de baja tensión (Patel (Pate l [B52]) El método de inyección de corriente implica pasar una corriente de prueba de frecuencia industrial en el rango de 100 A a 200 A entre la rejilla de tierra y una rejilla de tierra remota o electrodo de tierra como se ilustra en la Figura Fig ura 12 y la Figura Figu ra 13. Con la corriente de prueba fluyendo continuamente en la tierra Se miden la red, la distribución de corriente, GPR y varios gradientes de voltaje. A veces, las mediciones incluyen corrientes a través de una resistencia de 1000 Ω o 500 Ω para simular un cuerpo humano. h umano. Finalmente, los voltajes y corrientes medidos se escalan multiplicando los valores medidos por la relación entre la corriente de falla de la subestación y la corriente de prueba. Figura 12—Diagrama unifilar para inyección de corriente típica o prueba de falla de bajo voltaje Figura 13—Medición típica de voltaje de contacto para inyección de corriente o bajo voltaje prueba de falla 33 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Para realizar esta prueba, normalmente se desenergiza una línea de transmisión o distribución. Luego, los conductores de fase transportan la corriente de prueba desde la fuente, que se puede ubicar en el electrodo de tierra remoto o en la subestación bajo prueba. La fuente generalmente consiste en una subestación móvil o un transformador de potencia instalado temporalmente. Otra fuente podría ser una soldadora de arco de CA impulsada por gasolina o un generador portátil, con el control del gobernador ajustado para producir corrientes corrientes en el rango de unos pocos cientos de amperios a una frecuencia ligeramente fuera de la frecuencia de alimentación (Dick et al. [B25]). La téc técnica nica del ssoldador oldador de arco se puede utilizar para evitar la interferencia de corrientes de frecuencia de potencia parásitas. Suponiendo voltajes fijos generados por el sistema en la red de tierra, esta prueba se puede aplicar sin desenergizar toda la subestación modificando las mediciones de prueba (Zohdy [B63]). La presencia de armónic rmónicos os y corrientes de frecuencia industrial que interfieren se eliminan al invertir el flujo de corriente usando los interruptores 1 a 4 en el lado de salida de la fuente (Figura 12). El interruptor permite que un u n probador o obtenga btenga tres mediciones separadas para cada parámetro de puesta a tierra como se indica a continuación: a) Sin corriente de prueba (polaridad "0") b) Con corriente de prueba en una dirección con respecto a la corriente de interferencia (polaridad “a”) c) Con corriente de prueba en sentido contrario a llaa corriente interferente (polaridad “b”) Se obtiene un valor exacto del parámetro medido aplicando la Ecuación (9) o la Ecuación (10). Con fines ilustrativos, estas ecuaciones muestran solo los parámetros de corriente de prueba y voltaje de contacto, respectivamente: -yo yo = -- prueba(a) 2 +yoprueba(b)−yo 2 2 prueba 2 prueba(0) -- (9) yoprueba (0)=Corriente desequilibrada en el neutro del transformador sin que fluya corriente en el circuito de prueba: Vt= -t(a -V - )2 +V2t(b)−Vt(0) 2 -- 2 (10) Hacer tres mediciones para cada variable podría no ser práctico. En tales casos, la selección de una magnitud de corriente de prueba suficientemente alta en comparación con el ruido de interferencia puede minimizar la duración de la prueba. 9.4.3 Medición con medidor de tierra convencional Hay varios tipos de probadores de tierra disponibles en el mercado para realizar pruebas de caída de potencial. La mayoría de estos son instrumentos que funcionan con baterías que producen corriente alterna de frecuencias variables. Un dispositivo típico inyecta la corriente a través de la sonda de referencia de corriente y mide el gradiente de voltaje resultante a través de la sonda de referencia de voltaje. La salida de dicho dispositivo es una relación de voltaje a corriente (impedancia) en términos de ohmios. Los dispositivos que están disponibles actualmente tienen los siguientes rangos de visualización: ⎯ 0 V a 50 V ⎯ 0 mA a 250 mA ⎯ 40 Hz a 500 Hz (se omiten 50 Hz y 60 Hz) 20 ⎯ mΩ a 300 kΩ 34 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Figura 14—Medidas de voltaje de contacto por medidores de prueba de tierra convencionales El uso de un probador de tierra para medir la impedancia de un sistema de electrodos de tierra es una práctica ampliamente aceptada en la industria de servicios eléctricos. Por otro lado, su uso para medir voltajes de paso, contacto o transferencia es raro. Sin embargo, si se desea, se pueden medir los gradientes de voltaje en o alrededor del patio de una subestación siempre que el probador de tierra sea capaz de inyectar suficiente corriente a una frecuencia diferente a las frecuencias de 50 Hz o 60 Hz. Los párrafos siguientes describen la aplicación de probadores de tierra convencionales para medir los voltajes de paso, contacto y transferencia en o alrededor de un sistema de electrodos de puesta a tierra. La figura 14 ilustra la aplicación de un probador de tierra convencional para medir voltajes de contacto en un patio de subestación. El probador de tierra, cuando está conectado como se muestra, mide la impedancia ((V Vtocar/amperio) entre la rejilla de tierra y un punto de investigación en el patio. Al multiplicar el valor de impedancia medido con la corriente de falla estimada en la subestación, se determina el voltaje de contacto en el punto de investigación. El voltaje de paso generalmente se determina calculando la diferencia entre los dos puntos de datos de voltaje de contacto obtenidos con 1 m de distancia. La distancia entre la sonda de corriente y la rejilla de tierra influye significativamente en los datos de voltaje de contacto cuando se emplea un medidor de tierra convencional. La guía para ubicar la sonda de corriente, como se proporciona en la Cláusu Cláusula la 8, mejorará la precisión de la prueba. Si la distancia entre la sonda de corriente y la rejilla de tierra es inadecuada, los voltajes de contacto medidos serán menores que sus valores reales. 9.4.4 Medición de voltajes de contacto y de paso usando un multímetro de puesta a tierra basado en computadora La función básica de un dispositivo basado en computadora se describe en la Cláusula 8. U Un n diagrama diagrama de una sola línea en la Figura 15 ilustra ilustra cómo se usa el dispositivo para medir voltajes de paso y contacto (Meliopoulos et al. [B48]). Usando la misma configuración, configur ación, también se pueden determinar los voltajes de transferencia. En el modo de medición de voltaje de contacto, la inyección de corriente y la medición de seis GPD siguen siendo las mismas con la excepción de ubicar las sondas de GPD en los puntos de voltaje de contacto deseados. Como se mencionó, todas las mediciones de corriente y voltaje se procesan con un software, que rechaza el ruido externo mediante el método de correlación. Posteriormente, Posteriormente, se utilizan métodos de estimación para calcular los voltajes de contacto. Cada salida consta de seis voltajes de toque normalizados con la corriente de falla de la subestación que un usuario ingresa en la computadora antes de comenzar las mediciones. 35 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Figura 15—Medidas de voltaje táctil por multímetro de puesta a tierra basado en computadora Para aumentar la precisión, los algoritmos de estimación de voltaje de contacto compensan dos variables críticas de la siguiente manera: a) Proximidad del electrodo de retorno de corriente b) Número tierras de alalatorre tierrasde conectadas mallaconectadas de tierra a la malla de tierra o específicamente la impedancia total de otras 9.5 Problemas de medición La medición de las diferencias de potencial locales puede plantear los siguientes problemas: a) Algunos documentos han sugerido el uso de un zapato conductor para hacer contacto con la superficie del suelo para medir los voltajes de paso o contacto. Es probable que este método falle fall e si no se logra la resistencia de contacto deseada con la superficie. b) No es necesario registrar los ángulos de fase (si están disponibles en el instrumento de prueba) cuando se mide diferencialmente entre dos puntos cercanos. Incluso cuando se prueba secuencialmente con un solo cable de prueba (restando dos lecturas cercanas), los ángulos de fase tienden a ser prácticamente los mismos y pueden ignorarse. c) Las diferencias de potencial locales tienden a ser pequeñas (una fracción del aumento del potencial de tierra), por lo que el instrumento de prueba debe tener una resolución suficiente (mejor ( mejor que 1 mΩ) y un buen rendimiento de cancelación de ruido de 60 Hz. d) Puede ser difícil juzgar dónde se producirán los potenciales más altos, dado que solo se puede probar un número limitado de ubicaciones de sonda dentro del tiempo disponible. Los dibujos del diseño de la red o del equipo de rastreo de cables subterráneos pueden ser útiles. e) Los cambios estacionales en la humedad del suelo pueden afectar los resultados de la prueba. Los potenciales más altos normalmente ocurren cuando la resistividad del suelo superficial es máxima. Las áreas montañosas sin cobertura vegetal y con subsuelo de arena o grava a veces experimentan los cambios más grandes. f) Los resultados requieren ajuste si la corriente de prueba inyectada causa divisiones diferentes en los cables de tierra aéreos o en los neutros interconectados (por ejemplo, debido al acoplamiento inductivo) que las que se presentarían con la corriente de falla del sistema. g) Las superficies acabadas con asfalto u hormigón son de difícil acceso con sondas. Podría ser posible encontrar áreas accesibles adyacentes que tengan un desplazamiento similar de los conductores de puesta a tierra enterrados cercanos que puedan proporcionar un voltaje de paso o contacto similar. h) Pueden introducirse errores debido a diferencias de potencial presentes en la red. Es más probable que estos errores ocurran cerca de donde el generador de corriente de prueba está conectado a la red de tierra. 36 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra i) Cuando el instrumento de prueba principal es portátil (p. ej., un óhmetro de CA alimentado por batería), es posible tomar las lecturas en la ubicación de la sonda. Aquí, un cable de dos conductores conectado a los terminales del medidorC medidor C1 yC yC2 puede transferir la corriente de prueba de vuelta al cable de prueba de inyección remota y la conexión a la red local. Este método acelera la búsqueda del gradiente más alto en un área determinada. j) Ubicar la sonda de corriente a una distancia suficiente de la rejilla de tierra que qu e se está investigando es crucial para producir resultados precisos. Para una mayor precisión, esta distancia debe ser al menos cinco veces la dimensión más grande de la rejilla de puesta a tierra. 10. Integridad de los sistemas de puesta a tierra 10.1 Generalidade Generalidadess Las mediciones de impedancia y continuidad de tierra generalmente se realizan para verificar la idoneidad de una rejilla de tierra recién instalada y, a partir de entonces, reconfirmar su condición periódicamente. El propósito de estas pruebas es verificar que se haya instalado una rejilla de tierra adecuada y se haya mantenido durante toda su vida útil. La razón para tener una red de puesta a tierra correctamente diseñada, instalada y mantenida es eliminar e liminar los peligros de descarga eléctrica y las condiciones de operación anormales que pueden surgir debido a las corrientes de falla. Para verificar que haya una ruta de baja resistencia para las corrientes de tierra, todos los cables de tierra accesibles deben inspeccionarse i nspeccionarse y los que están enterrados bajo la superficie de la tierra deben probarse periódicamente. No existen requisitos de que código específicos los sistemas de puesta a tierra. embargo, NFPA 70E-2012 70E-20 12 [B49] requiere la ruta a tierra para desdeprobar los circuitos, equipos y gabinetes sea Sin permanente, continua y efectiva. Además, la Parte III de NFPA 70E-2012 [B49] requiere re quiere que se mantengan los equipos y la unión del gabinete. Además, la Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) adoptó NFPA 70E-2012 [B49] como un requisito de seguridad segu ridad específico específico de OSHA para los empleados en el lugar de trabajo. Se sabe que las sobretensiones relacionadas con rayos o fallas causan daños a los circuitos electrónicos sensibles en la casa de control si su conexión a tierra no está bien conectada con el resto de la tierra de la subestación. Este tipo de incidentes son aún más comunes en los sitios de torres de microondas y estaciones meteorológicas. La prueba de integridad de tierra, que consiste en probar la calidad de continuidad entre dos puntos de la red de tierra, generalmente se realiza en estos casos. Cuando la seguridad es una preocupación, particularmente en las subestaciones más antiguas, la l a prueba de integridad del suelo generalmente se realiza antes que cualquier otra prueba. A veces, para grandes sistemas de rejillas de puesta a tierra, como un sistema de puesta a tierra de una central eléctrica, se comprueba la continuidad del sistema de puesta a tierra como medida de control de calidad después de la construcción. Las descripciones de varios métodos de prueba de integridad de la rejilla de tierra se pres presentan entan een n 10.2 a 110.4. 0.4. 10.2 Método de prueba de alta corriente Como sugiere el nombre, el propósito de esta prueba es verificar la continuidad de los conectores y conductores de tierra enterrados mediante la inyección de una corriente de prueba alta. La Figura 16 ilustra ilustra la prueba. 37 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Amperio Voltio T2 T1 yo V Referencia elevador de tierra Figura 16—Prueba de integridad de tierra utilizando un equipo de prueba de alta corriente Un equipo de prueba típico consta de una fuente de voltaje variable (0 V a 35 V, 0 A a 300 A), dispositivos de medición de voltaje y corriente, y dos cables de prueba. En la Figura 16 16,, el cable de p prueba rueba T1 está conectado a un elevador de tierra de referencia, generalmente una conexión a tierra de la caja del transformador, y el T2 está conectado al elevador de tierra que se va a medir. La prueba consiste en una corriente (típicamente en el rango de 10 A a 300 A) que fluye entre los elevadores conectados y mide la caída de voltaje a través del circuito de tierra, incluidos los cables de prueba. La medición de la división de corriente en el elevador que se está probando con un amperímetro de abrazadera proporciona datos adicionales para evaluar la ruta de tierra. Manteniendo conectado el elevador de referencia, el segundo cable de prueba se mueve para probar elevadores en otros equipos y estructuras hasta que se prueba toda la red de tierra tie rra de la subestación. A veces, se emplea un rastreador de cables para localizar el conductor de tierra desconocido o roto. El rastreador de cable detecta el campo magnético producido por la corriente de prueba y genera un ruido equivalente, que se puede escuchar a través de los auriculares. La ausencia de ruido es indicativo de un cable de tierra roto o una conexión abierta. Es necesario medir la caída de voltaje de los cables de prueba. Esta medición se realiza cortando los cables a través del equipo de prueba y midiendo la caída de voltaje inyectando la misma corriente de prueba en el lazo. Esta medición única produce la impedancia en serie de los cables de prueba. Es importante realizar esta medición del cable de prueba al final de la prueba para que la temperatura del cable y, por lo tanto, la resistencia del cable sean similares a la resistencia durante las mediciones del punto de prueba. Para obtener un valor de impedancia correcto, la impedancia del cable de prueba se resta de la impedancia medida entre los elevadores. También es importante evitar bucles o bobinas en los cables de prueba, ya que esto puede producir una inductancia significativa y alterar la caída de voltaje. Aunque la prueba de integridad es la prueba más práctica y conveniente para realizar, sus resultados sólo pueden analizarse subjetivamente. Una forma de evaluar una rejilla de tierra es comparar las caídas de tensión entre sí e identificar las columnas de prueba que tienen valores de impedancia anormalmente altos. También se puede evaluar una red de puesta a tierra comparando la caída de tensión con un valor de referencia conocido [normalmente 1,5 V/15 m (50 pies) entre columnas de prueba] y determinando los lazos débiles entre las columnas. 38 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Las divisiones de corriente medidas pueden indicar si hay una impedancia alta o un camino abierto en cualquier dirección. Sin embargo, este método de evaluación solo es válido para redes de tierra bastante densas, a diferencia de las redes de repuesto o las conexiones a tierra únicas para dispositivos remotos. Se puede encontrar más información sobre este método en Gill [B31]. 10.3 Medición de la resistencia entre dos montantes Este método de prueba es esencialmente el mismo que se describe describe en 110.2, 0.2, excepto que se determina la resistencia del camino a tierra entre las tuberías verticales probadas. El esquema de la Figura F igura 17 muestra muestra la aplicación de este método. El sistema de prueba inyecta una corriente de 25 A a 30 A, 60 Hz entre dos elevadores de tierra. Después de medir la corriente, la caída de voltaje en la ruta del conductor de tierra y el ángulo de fase entre ellos, la resistencia de la red o la ruta de tierra se calcula utilizando la Ecuación (11) (Patel et al. [B51]): Rsendero= Vcosθ (11) yo dónde Rsendero V yo θ es la resistencia de la(s) trayectoria(s) entre dos elevadores es el voltaje a través de dos elevadores es la corriente en los risers es el ángulo de fase entreV entre Vyyo Instrumento Módulo V T yo yo Par trenzado Cables de prueba Figura 17—Prueba de integridad de la rejilla a tierra midiendo la resistencia entre dos elevadores 10.4 Medición de continuidad de baja impedancia por multímetro de puesta a tierra basado en computadora La subcláusula subcláusula 8.2.2.7 describe la configuración básica y el funcionamiento del multímetro de puesta a tierra basado en computadora (Meliopoulos (Meliopoulos et al. [B46]). Una función del multímetro es determinar la continuidad de las rutas de puesta a tierra entre varios elevadores en una subestación o patio de distribución. 39 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Los conjuntos de sonda de voltaje y corriente se instalan como se muestra en la Figura Figura 18. En la fi figura, gura, los cables de corriente negro y rojo están conectados entre el elevador de referencia y el elevador bajo prueba, respectivamente. El cable rojo se conecta a través de la unidad de prueba y calibración que se suministra con el dispositivo. En esta configuración, la unidad de calibración actúa como una resistencia limitadora de corriente de aproximadamente 50 ohmios. Para conectar esta resistencia, la perilla en el frente de la unidad de prueba y calibración se gira al modo de impedancia de tierra. Si la unidad de prueba y calibración no está disponible, entonces se puede usar una resistencia externa de capacidad adecuada. El voltaje entre el elevador de referencia y el elevador bajo prueba se mide a través de los cables amarillo y verde, como se muestra en la Figura 18. La config configuración uración que se muestra en la Figu Figura ra 18 dará co como mo resultado una caracterización completa de la impedancia (R (R+jX) entre la columna de referencia y la columna bajo prueba. Véase Meliopoulos et al. [B46] [B46] y Pat Patel el et al. [B51]. Rojo Amarillo Sonda 1Y Verde Negro Sistema de tierra Figura 18—Prueba de integridad de la red de tierra usando un multímetro de tierra basado en computadora 11. Divisiones actuales 11.1 Introducción El sistema de puesta a tierra ampliado de la estación puede incluir conexiones a redes auxiliares, cables de tierra aéreos, neutros del sistema de distribución, cubiertas de cables de comunicación y alta tensión, tuberías metálicas, vallas y vías férreas. La medición de divisiones de corriente en estos conductores puede ser útil por varias razones, como se indica a continuación: a) Determinación de la corriente y resistencia de la red para comparar con los cálculos de diseño. b) Evaluación de conexiones de puesta a tierra tales como conductores neutros y de pantalla. Por ejemplo, en áreas urbanas, los neutros de distribución tienden a ser más efectivos que los conductores blindados de transmisión para reducir la impedancia integrada de la red de tierra. c) Validación de modelos informáticos mediante la medida de splits de corriente. 40 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra d) Determinación de factores de apantallamiento o apantallamiento para cables y alambres aéreos de puesta a tierra. Los circuitos de tierra con factores de blindaje más altos transportan más corriente fuera de la red de tierra, lo que reduce el GPR y los voltajes de paso y contacto resultantes en la subestación. e) La determinación de la corriente de la red de tierra ayuda a evaluar la exposición de los cables de comunicación antes de instalarlos. 11.2 Consideraciones de prueba Las divisiones de corriente en rutas de tierra paralelas se pueden medir utilizando uno o más TC de núcleo dividido o con pinzas. Por lo general, la salida de los CT es recibida por un sistema de adquisición de datos multicanal. La fuente de corriente se puede suministrar aplicando el método de falla por etapas (9.4.1) o el el método método de inyección de corriente (9.4.2) (Dick (Dick et al. [B25]). En cualquier cualquier m método, étodo, las siguientes son consideraciones importantes para las mediciones: a) Debido a que los ángulos de fase pueden variar significativamente entre diferentes conductores, es necesario tomar medidas para medir la corriente como una cantidad vectorial (magnitud y ángulo de fase). Esta disposición implica medir una variable de referencia como la corriente inyectada. b) La carga del TC puede ser local, con transmisión de la señal de tensión sobre un par trenzado delgado, o puede ser en el centro de pruebas principal con transmisión de la señal de corriente. Para esto último, probablemente se necesitarán cables de baja resistencia para controlar la carga total del circuito, dependiendo de la distancia. El primer método puede ser más propenso a la interferencia, especialmente si la derivación secundaria es demasiado pequeña. Una gran resistencia de carga puede afectar la medición del ángulo de fase más que la magnitud. Una calibración con transformadores de corriente de prueba y de referencia alrededor del mismo conductor verificará esta posibilidad. c) Para corrientes muy pequeñas, la característica de magnetización del TC puede verse influenciada y alterar su calibración. En tal caso, se puede aumentar la corriente de prueba (método de inyección de corriente). d) Es probable que la interferencia de frecuencia industrial sea un problema mayor al realizar las mediciones de corriente dividida en comparación con las mediciones de gradiente de voltaje, que no son tan sensibles a la inducción de corrientes circulantes localizadas. e) Algunos conductores de puesta a tierra, ti erra, como tuberías o cables de alta tensión, pueden ser demasiado grandes para usar transformadores de corriente de núcleo dividido de tamaño estándar. En tales casos, se pueden utili utilizar zar TC con núcleos divididos grandes. Se pueden usar transformadores de corriente de bobinado de alambre siempre que estén calibrados correctamente antes de su uso. La corriente de la red generalmente se calcula restando las corrientes medidas en las rutas paralelas de la corriente inyectada total. 12. Impedancia transitoria del sistema de puesta a tierra 12.1 Generalidade Generalidadess Las características de un sistema de tierra ti erra bajo las condiciones de impulso de un rayo son importantes si se va a implementar un sistema de protección contra rayos efectivo. Es necesario confirmar que el sistema de puesta a tierra proporcione una baja impedancia de tierra y no solo una baja resistencia. Este es un punto central de la filosofía del diseño del sistema de tierra de protección contra rayos. El aumento de voltaje (aumento del potencial de tierra) debido a un rayo depende no solo de la resistencia del sistema sino también de la reactancia del sistema. El impulso de un rayo comprende componentes de alta y baja frecuencia. La forma de onda del impulso se caracteriza por un aumento muy pronunciado de la tensión y la corriente, seguido de una larga cola de exceso de contenido energético. Los tiempos de aumento de voltaje y corriente hasta el pico típicamente varían entre 1 μs y 10 μs para el primer golpe, y de 0,1 μs a 1 μs para reencendidos posteriores. Los componentes de alta frecuencia están asociados con el frente de rápido ascenso, mientras que los componentes de baja frecuencia residen en la larga cola de alta energía. Debido a esta fuerte tasa de aumento de corriente, la reactancia inductiva del sistema de tierra se convierte en el factor dominante que afecta el aumento de voltaje en el sistema. 41 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Se ha demostrado (Bellaschi [B11] [B11 ] y Devgan Devgan y Whitehead [B24]) que la imp impedancia edancia de un electrodo de puesta a tierra simple depende de la amplitud de la corriente de impulso y también varía con el tiempo, dependiendo de la forma del impulso. La no linealidad de la impedancia de puesta a tierra es causada por descargas locales en el suelo en el área donde el gradiente del campo eléctrico excede de 2,5 kV/cm a 3 kV/cm. Dado que el gradiente de campo alcanza el valor más alto en el electrodo de tierra, las descargas cortocircuitan parcialmente el suelo adyacente al electrodo. En consecuencia, la impedancia transitoria del sistema de puesta a tierra para impulsos de alta corriente es menor que el valor medido con los métodos convencionales de estado estacionario, o con un impulso de menor amplitud, que no produce las descargas en el suelo. Se ha observado un efecto opuesto en el caso de electrodos de tierra extendidos, cables o tiras de más de 300 m (1000 pies) de largo, cuando se prueban con impulsos de frente escarpado. La caída de voltaje a través de la impedancia de puesta a tierra muestra entonces un gran componente inductivo. La impedancia instantánea normalmente se determina como un cociente del voltaje transitorio aplicado y la corriente registrada en el mismo instante. El componente de voltaje adicional que aparece a través de la inductancia de puesta a tierra en el frente de impulso pronunciado (o en un colapso abrupto de la corriente de impulso) se interpreta como un aumento de la impedancia de puesta a tierra. Los instrumentos de prueba de tierra tradicionales funcionan con un puente equilibrado de CA de baja frecuencia u otros métodos similares, y la impedancia medida es la resistencia casi igual a la CC, por lo que no incluye los componentes de reactancia de alta frecuencia. Los probadores utilizados para evaluar la reactancia de alta frecuencia de un sistema de electrodos de tierra aplican una corriente de alta frecuencia en el rango de decenas de kHz o un impulso agudo con un tiempo de subida rápido (1 μs). Las configuraciones de prueba del método de tres puntos o del método de caída de potencial se usan típicamente para este tipo de probador. Para medir la impedancia de la tierra de una torre de línea de transmisión usando un probador de baja frecuencia y el método de caída de potencial, se requiere la desconexión del cable de tierra aéreo para aislar la tierra de la torre de la tierra de la red de la línea de transmisión. Los estudios han sido realizados por el Instituto de Tecnología de Georgia [B 29] Cen Centro tro Nacional de Aplicación de Investigación y Pruebas de Energía Eléctrica (NEETRAC), y mucho de 12.2 a 12. 12.44 fue pre preparad parado o por NEETRAC. 12.2 Medición con generador de impulsos móvil (Instituto de Tecnología de Georgia [B29]) [B29]) La impedancia de la sobretensión de un rayo de un sistema de puesta a tierra se puede medir inyectando una sobretensión de corriente de frente pronunciado a cierta distancia y registrando las formas de onda de tensión y corriente. La impedancia de sobretensión normalmente se representa como una resistencia y es un parámetro de alta frecuencia. Una vez que se establece una onda viajera dentro de un medio conductor, la impedancia de sobretensión es el parámetro predominante. Por ejemplo, un cable coaxial de televisión está etiquetado con una impedancia de 75 Ω. Si se midiera el cable coaxial de extremo a extremo con un voltímetro de CC u otro medidor de impedancia de baja frecuencia, la lectura sería cercana a 0 Ω en lugar de 75 Ω. Sin embargo, para una señal de alta frecuencia, la impedancia de extremo a extremo ex tremo es de 75 Ω. Este valor de 75 Ω también se conoce como impedancia de sobretensión del cable coaxial. Por lo tanto, para medir un parámetro de alta frecuencia, Una vez que se registran las formas de onda de voltaje y corriente, el punto en el tiempo en la forma de onda actual (pico) dondedi donde di/dt(pendiente) = 0 (y, en adelante,ldi adelante, ldi/dt=0) es el punto de pura resistencia. El valor del voltaje coincidente en el tiempo con este punto en la forma de onda actual se divide por el valor de la corriente. Este cociente entonces es igual a la impedancia de sobretensión del medio conductor. A veces, el proceso se complica por los reflejos en las formas de onda, pero para sistemas simples, los picos de forma de onda de voltaje y corriente están claramente definidos como picos coincidentes (ya que la impedancia de sobretensión es puramente resistiva). En la Figura 19 se muestra un ejemplo de tensión y corriente de impulso para una varilla de tierra de 2,4 m (8 pies) de largo × 16 mm (5/8 pulg.) de diámetro. Como se indica en la Figura 19, la impedancia de sobretens sobretensión ión de la varilla de ttierra ierra es de ap aproximadamente roximadamente 40 kV dividido por 210 A o aproximadamente 190 Ω. 42 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra La Figura 20 muestra las características de impulso de una red de tierra de subestación independiente de 63 m (206 pies) × 57 m (186 pies) con 55 mallas. En este caso, la impedancia de sobretensión midió alrededor de 61 Ω (17 kV divididos por 280 A). Ejemplo de medición de impedancia de sobretensión de impulso sin reflejos [varilla de tierra de 2,4 m (8 pies) de largo × 16 mm (5/8 pulg.)] 10 5 100 50 0 0 ) V -5 k ( o e n - 10 á t n - 15 a t s n i - 20 je a tl o - 25 V - 50 - 100 - 150 - 200 - 250 - 30 - 300 - 35 - 350 - 40 - 400 ) A ( a e n tá n ta s n i te n ie rr o C Tiempo (1 us / div.) . Voltaje Actual Figura 19—Ejemplo de impedancia transitoria medida de un Varilla de tierra de 2,4 m (8 pies) de largo × 16 mm (5/8 pulg.) (Instituto de Tecnología de Georgia [B29]) [B 29]) 43 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Impedancia de sobrevoltaje de la estera de tierra de la subestación sin neutros Cables aéreos de tierra conectados e d o ls u p m i e d je a tl o v e d a d í a C 5 50 0 0 -5 - 10 - 50 ) - 15 V k ( - 20 a d n o - 25 S % 2 - 30 6 - 150 - 35 - 350 - 40 - 400 - 100 - 200 - 250 ) A ( o s l u p m i e d te n e ir r o C - 300 Tiempo (1 µs/div) . Actual Voltaje Figura 20—Ejemplo de impedancia de sobretensión medida medida de 63 m (206 pies) × 57 m (186 pies) Red de tierra de subestación con 55 mallas (Georgia Institute of Technology [B29]) [B29]) Figura 21—Configuración para mediciones de impedancia transitoria del electrodo de tierra de T&D (Instituto de Tecnología de Georgia [B29]) [B29]) La Figura 21 y la FFigura igura 22 mue muestran stran configuraciones típicas de equipos e instrumentación para realizar mediciones utilizando un generador de impulsos móvil para las tierras de la subestación y la torre de transmisión, respectivamente. Las variaciones y limitaciones para los cables y las disposiciones de tierra de referencia siguen siendo las mismas que para las pruebas de FOP de baja frecuencia. Sin embargo, cuando se utiliza un generador de impulsos HV, los cables de corriente y tensión están aislados de tierra para evitar interferencias. Los cables de prueba se pueden aislar fácilmente de la tierra colgándolos 44 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra los conductores sobre conductos de cloruro de polivinilo (PVC). De manera similar a las pruebas de baja frecuencia, la corriente de impulso se inyecta a tierra a través del cable de corriente. A continuación, la forma de onda de la corriente y la tensión se miden en un registrador digital simultáneamente. El tiempo de frente de la corriente de impulso se establece normalmente en aproximadamente 0,5 µs. Con este impulso de corriente de frente escarpado, se puede establecer una onda viajera completa en aproximadamente 150 m (500 pies). Figura 22—Configuración 22—Configuración para mediciones de impedancia de sobrevoltaje del electrodo de tierra de la subestación (Instituto de Tecnología de Georgia [B29]) 12.3 Medición usando un medidor de banda ancha (Instituto de Tecnología de Georgia [B29]) En una prueba realizada por NEETRAC, se utilizó un conjunto de 20 frecuencias entre 100 Hz y 1 MHz para realizar las mediciones. El método de tres puntos se realizó utilizando sondas y cables de prueba coaxiales proporcionados por el fabricante. 350 300 250 200 ) s o i 150 m h O ( 100 X R 50 Z Z R X 0 - 50 - 100 - 150 100 1000 10000 100000 Frecuencia (Hz) Figura 23—Ejemplo de gráfico de impedancia de impulso de 2,4 m (8 pies) de largo × 16 mm (5/8 pulg.) varilla de tierra de diámetro utilizando un medidor de medición de impedancia de banda ancha (Instituto de Tecnología de Georgia [B29]) [B29]) 45 1000000 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra En la Figura 23 se muestra un ejemplo del gráfico de impedancia de salida. La fre frecuencia cuencia se muestra en el eje horizontal, mientras que la impedancia en ohmios se muestra en el eje vertical. El software traza tres curvas a partir de los datos procesados: impedancia, resistencia y reactancia. En este ejemplo, el gráfico Z es llaa impedancia total, el gráfico R es la resistencia y el gráfico X es la reactancia. Para fines de presentación, la reactancia se ha invertido de la que produce el software. Por lo tanto, los datos positivos que se muestran para la reactancia son inductivos y los datos negativos son capacitivos. En el ejemplo anterior, la resistencia y la impedancia de tierra de baja frecuencia están en el rango de 300 Ω. Alrededor de 100 kHz, la reactancia cruza cero y la impedancia y la resistencia alcanzan un pico y son iguales. El valor de impedancia es un poco más de 300 Ω en este punto. Sin embargo, tenga en cuenta que la reactancia se acercará a otro cruce por cero un poco por encima de 1 MHz. En este punto, la impedancia y la resistencia rondarán los 100 Ω. 12.4 Instrumentación En la Figura 24 se muestra un diagrama esquemático del aparato ap arato utilizado. utilizado. La medición de la impedancia transitoria de una varilla de puesta a tierra accionada o de un sistema de puesta a tierra distribuido requiere equipo especializado, que normalmente se utiliza en laboratorios de alta tensión. El impulso de alta tensión y alta corriente se genera mediante la descarga de un gran condensador en una u na red de formación de impulsos. Con referencia a la Figura 24, los capacitores de impulso se cargan primero a un alto voltaje de CC. Una vez cargados, los huecos de las esferas se acercan entre sí hasta que se producen chispas en el hueco, generando la corriente y el voltaje de impulso deseados. Aunque dicho circuito se puede improvisar en el sitio de prueba, en la mayoría de los casos prácticos, se usa un generador de impulsos móvil. No existen estándares generalmente aceptados para la forma de impulso actual, Además de la tierra a medir, el circuito de prueba debe tener otra tierra auxiliar que lleve la corriente de retorno al generador de impulsos a través de la tierra a prueba (Figura 21 y Figura 22). Esta tierra tierra es preferibl eriblemente emente del tipo tipo distribuido para proporcionar una impedancia tan baja como sea factible en la práctica. El generador de impulsos está conectado a tierra bajo prueba a través de un shunt de alta frecuencia para medir la corriente de impulso. IEEE Std 4-1995 [B35] proporciona requisito r equisitoss de cumplimiento para la respuesta de la unidad de la derivación. La caída de voltaje a través de la resistencia de la tierra medida se mide con un divisor de voltaje, preferiblemente del tipo resistivo y diseñado para el rango de voltaje esperado. Es esencial mantener los puntos de puesta a tierra del derivador y del divisor conectados directamente a la tierra auxiliar mediante cables cortos de baja inductancia. Figura 24—Esquema básico del generador de impulsos IEEE Std 4-1995 [B35] [B35] proporciona proporciona requisitos de cumplimiento para el divisor. Mantener el conductor enrutado desde el divisor hasta el suelo que se está midiendo lo más corto posible minimizará el error de esta impedancia del conductor. El registro simultáneo de los impulsos de tensión y corriente es normalmente 46 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra realizado con un osciloscopio. Los dos cables coaxiales que conectan el divisor y el shunt al osciloscopio deben tener la misma longitud para evitar lapsos de tiempo entre las mediciones registradas. La impedancia de sobretensión se define como la relación entre la tensión máxima dividida por la corriente máxima. Cuando una forma de onda de rayo estándar se inyecta en el suelo, el voltaje máximo y la corriente máxima pueden ocurrir en diferentes momentos. 47 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Anexo A (informativo) Suelos no uniformes A.1 Resistividad aparente del suelo de dos capas Con este modelo, la tierra se caracteriza (ver Figura Figura A.1) por por los siguientes atributos: ⎯ Altura de la primera capa, h ⎯ Resistividad de la primera capa, ρ ⎯ Resistividad de capa profunda, ρ2 ⎯ El coeficiente de reflexión 1 = (A.1) Una determinación de resistividad usando el método de Wenner (ver 7.2) 7.2) da como resultado una resistividad aparente que es una función de la separación de los electrodos e lectrodosaa. En términos de los parámetros de la Ecuación (A.1), se puede demostrar que la resistividad aparente (Thug [B60]) es: ( ) = 1 + 4∑ ( / ) − ( / ) (A.2) Figura A.1—Tierra de dos capas A.2 Resistencia de la varilla de tierra en un suelo de dos capas La resistencia de tierra de una longitud l ongitud de barrayoy radior radiorenterrado en la primera capa de un suelo de dos capas viene dado por (Thug [B60]): [B60]): ∞ ρ1 en2yo + R= 2πl r norte=1 + yo 2Nueva Hampshire knorte en (A.3) 2Nueva Hampshire−yo dónde k es el coeficiente de reflexión definido en la Ecuación (A.3) 48 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Cuandokk=0, la fórmula corresponde al modelo de suelo uniforme con Cuando R= ρ1 2yo en 2πl r Si en un sitio dado se mide la resistencia de tierra de una varilla para varias longitudes yo1,yo2,yo3…yonorte(al menos tres valores), los valores medidosR medidosR1,R2, R3, …R …Rnorteproporcionará un conjunto de ecuaciones del tipo [Ecuación (A.3)] que se pueden resolver para dar los valores desconocidos de ρ 1,k,y k,yh. En algunos casos se obtienen resultados absurdos o (cuando se realizan más de tres mediciones) contradictorios. Esto indica una precisión insuficiente en las mediciones o que la suposición de un suelo uniforme o de dos capas no fue una aproximación adecuada. Es preferible, entonces, utilizar el método de los cuatro puntos o de Wenner con varios valores de separación de sondas e interpretar los resultados mediante inspección visual de la curva de resistividad aparente aparente (ver (ver 7.2). 49 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Anexo B (informativo) Determinación de un modelo terrestre Este anexo pretende ayudar al usuario a obtener, a partir de los datos de resistividad medidos, el modelo de tierra que mejor se ajuste a los datos. El modelo terrestre está limitado a una configuración de suelo de dos capas (ver Figura Figura A.1). Sea ρº el valor de resistividad aparente medido por el método de cuatro puntos o de Wenner y sea ρ el valor de resistividad calculado asumiendo que la tierra tiene una un a configuración de dos capas. Tanto ρº como ρ son funciones del espaciamiento de la sonda. ρ viene dada por la Ecuación (A.2). Sea ψ (ρ1, ρ2,h) sea una función de error dada por: ( ( , , ℎ) = ∑ ) (B.1) dónde norte es el número total de valores de resistividad medidos con espaciado de sondaa sondaacomo el parámetro Para obtener el mejor ajuste, debe ser minimizado. Para determinar los valores de ρ,k ρ,k, yh yhque minimizan ψ, se utiliza el método de descenso más empinado (Fadeev y Faddeeva Faddeeva [[B28]): B28]): = −2∑ ( )( () ) ≡ = −2∑ ( )( () ) ≡ = −2∑≡ ( )( () ) (B.2) También tenemos: Δψ= ∂∂ρψ1 Δρ1 + ∂∂ρψ2 Δρ2 + ∂∂ψ h Δh (B.3) Para asegurarse de que los cálculos converjan a la solución deseada, los valores de Δρ1, Δρ2, y Δh Δh debe ser tal que: Δρ1= −τ ∂ψ ∂ρ1 Δρ2= −σ ∂ψ ∂ρ2 Δh= −γ ∂ψ ∂h (B.4) 50 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra τ, σ y γ son valores positivos y lo suficientemente pequeños para garantizar una solución con la precisión deseada. Normalmente, los valores que conducen a las l as siguientes soluciones son satisfactorios: ∆ = −0.005| | ∆ = −0.005| | ∆ℎ = −0.005|ℎ| (B.5) Usando la Ecuación (B.3) y la Ecuación (B.4), se obtiene la siguiente ecuación: 2 - ∂ψ- ∂ψ-2 - ∂ψ-2 Δψ= −τ-- ∂ -- −σ--- − γ- - ∂h- ∂ρ2- ρ1- (B.6) donde ρ se calcula usando la Ecuación (2) y, asumiendo valores iniciales. 1 ρ(1), ρ(1) , yh yh( ), Δψ se calculan utilizando la Ecuación (B.6). 1 2 Si | Δψ | > ε, la precisión deseada, luego se itera el cálculo. En la iteraciónk iteraciónklos nuevos valores vienen dados por: ρ1(k)=ρ(k−1)1 + ΔΔρ ρ1 ρ2(k) =ρk2−( 1) + Δρ Δρ2 h(k)=h(k−1)+ Δh Δh (B.7) Los cálculos iterativos se detienen cuando Δψ dado [Ecuación (B.6)] es tal que: | Δψ | < ε siendo ε la precisión deseada. Δρ1, Δρ2, y Δh Δhse calculan usando la Ecuación (B.5), que a su vez requiere los valores de - ∂ψ-- - ∂ρ1- ∂ψ- ,y - --- ∂ρ 2 - -ven por la Ecuación (B.2). - ∂ψ-soldado americano - ∂h- - En la Ecuación (B.2), (B.2), los valores de - ∂ρ- , - ∂ρ - , y -∂ρ--se obtienen de la Ecuación Ecuación (A.2) como como --- -- ∂ρ--1- - ∂ρ2- ∂h - sigue: 1- = 1 + 4∑ =∑ (1 - ) √ √ −√ −√ 51 , -- Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra = ∑ (B.8) − dónde A=1 + (2Nueva (2Nueva Hampshire/a)2 (B.9) B=4 + (2Nueva (2Nueva Hampshire/a)2 y ρ1, ρ2, yh yhson los valores calculados en la iteraciónk iteraciónk[Ecu [Ecuación ación (B.7)]. El método descrito en este anexo es la base de un programa informático diseñado para determinar la configuración del suelo en dos capas que mejor se ajusta a los datos obtenidos en el campo. La La figura 5 se se obtuvo utilizando este programa. 52 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Anexo C (informativo) Teoría del método de caída de potencial C.1 Definiciones y símbolos básicos La base para el método de caída de potencial con definiciones y símbolos asociados es la siguiente: a) Cuando un electrodomi electrodomino conduce ninguna corriente hacia el suelo y está ubicado a grandes distancias de cualquier otro electrodo portador de corriente, su potencial propio (o GPR) es cero (potencial remoto de tierra). , dónde b) Si es actual yoentra en el suelo a través de este electrodo, entonces su potencial se eleva = a es la impedancia del electrodo. Siyo=1A, luego siguiendo, = = ×1= . Por lo tanto, en el designa el aumento potencial del electrodomi electrodomicuando 1 A ingresa al suelo a través del es electrodo. numéricamente igual a la impedancia del electrodo en ohmios. c) Suponga ahora que a una distancia finita del electrodomi electrodo mi, un electrodoGRAMO electrodoGRAMOinyecta una corrienteyoen el suelo (mi (mino conduce corriente). Debido al aumento del potencial de tierra local, el electrodo mi, inicialmente a potencial cero, estará a potencial (este fenómeno a menudo se denomina acoplamiento resistivo). Siyo=1A, entonces (numéricamente igual a la llamada resistencia mutua = Entremi Entre miyGRAMO). d) Si electrodomi electrodomilleva 1 A mientras que simultáneamente electrodoGRAMO electrodoGRAMOconduce también 1A, el aumento potencial del electrodomi electrodo miestarán + . Las expresiones teóricas que permiten el cálculo de o son complejos y no se darán en este anexo excepto para configuraciones simples de tierra y electrodos. C.2 Derivación de las ecuaciones fundamentales El problema se ilustra en la f igura C.1. La corrientei corrienteien electrodoPAGS electrodoPAGSse supone despreciable paraYO. paraYO.En En un momento dadot dado t, Actualyoinyectado en el suelo a través demi demise supone positivo yyo, recogido porGRAMO porGRAMO, se supone negativo. Con base en las definiciones y símbolos presentados anteriormente, se cumplen las siguientes relaciones: = = ∙ ∙ ( ′) + ( ′) + ∙ ∙ (− ′) (C.1) (− ′) (C.2) dónde ′ =yoA/1A Arribaytumison los potenciales o GPR (con respecto a la tierra remota) de los electrodos electrodosPAGS PAGSyMI, MI,respectivamente. respectivamente. El voltajeV voltajeVmedido por el método de caída de potencial es: = – = ( −− + ) (C.3) 53 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Figura C.1—Método de caída de potencial es el aumento potencial del electrodoMI, electrodoMI,resultante resultante de su propia corriente de 1 A. Esta es, por definición, la impedancia Rmide electrodomi electrodomi. Por lo tanto, la Ecuación (C.3) se puede escribir como: = = +( − − ) /1 (C.4) son funciones de la separación entre los electrodos (mi (mi,GRAMO, GRAMO,yyPAGS), las configuraciones de los electrodos y las características del suelo. C.3 Suelo uniforme Definamos las siguientes funciones η, Φ y ψ con respecto al sistema de coordenadas que se muestra en la figura C.1. (Se (Se supone que η, Φ y ψ son solo funciones de distancias distanciasD DyX.) X.) =() = Φ( (C.5) − ) (C.6) =ψ() (C.7) Según la Ecuación (C.4), la impedancia medidaR medida R=V/yoserá igual a la impedancia verdadera si: – = 0; eso es: − − = 0; eso es: ( − ) − ( ) − ψ( ) = 0 (C.8) C.4 Electrodos idénticos y grandes espaciamientos Si electrodosmi electrodosmiyGRAMOson idénticos Φ = ψ y siD si Des lo suficientemente grande como para que la ecuación de condición (C.8) se convierta en: Φ( Φ(D D–X) – ψ (X (X) = 0 de este modo: X0=D/2 es decir, la sonda debe ubicarse a medio camino entremi entremiyGRAMO. 54 =η(D)0, entonces Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra C.5 Electrodos hemisféricos Si electrodosmi electrodosmiyGRAMOson hemisferios en los que circula corriente continua a través de un suelo uniforme, entonces las funciones de potencial Φ, η y ψ son inversamente proporcionales a la distancia relativa al centro del hemisferio. Si el origen de los ejes está en el centro del hemisferioMI, hemisferioMI,entonces entonces la Ecuación (C.8) se convierte en: 1/(D–X)–1/ –1/D D–1/ –1/XX=0 (C.9) La raíz positiva de la Ecuación (C.9) es la ubicación exacta de la sonda de potencialX potencial X0: X0= 0,618D 0,618D Este resultado es la regla habitual del 61,8% (Curdts (Curdts [B18]). Si la sonda de potencialPAGS potencialPAGSestá en la ubicaciónPAGS ubicaciónPAGS2(milado, ver Figura C.1), C.1), luego luegoD D−Xdebe ser reemplazado porD porD+Xen la Ecuación (C.9). En este caso, la ecuación solo tiene raíces complejas. SiPAGS SiPAGSestá en la ubicaciónPAGS ubicaciónPAGS1(GRAMOlado, ver Figura C.1), luegoD luegoD−Xdebe ser reemplazado porX porX−D en la Ecuación (C.9). La raíz positiva de la Ecuación (C.9) es: X0= 1.618D 1.618D C.6 Caso general Si el suelo no es uniforme u niforme o los electrodos electrodosmi miyGRAMOtienen configuraciones complejas, o ambas, entonces las funciones Φ, η,y ψ no son fáciles de calcular. En tales casos, generalmente se requieren soluciones informáticas (Dawalibi y Mukhedkar [B22]). [B22]). 55 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Anexo D (informativo) resistividad del material superficial D.1 Introducción IEEE Std 80 señaló que un material que se utiliza para cubrir la capa de suelo de la subestación tendrá un gran efecto en la corriente corporal resultante de los voltajes de paso y contacto. En la mayoría de los casos, los valores de las tensiones de paso y contacto seguro se basan en la resistividad húmeda del material de la superficie, ya que la resistividad seca de la mayoría de los materiales de la superficie es muy alta y no representa el peor valor de diseño. Las condiciones locales, la humedad, el tamaño, el tipo de piedra, etc., pueden afectar el valor de resistividad del material de la superficie, y es importante medir la resistividad de las muestras de roca húmeda típicas del tipo que se usa en un área determinada.. La tabla D.1 se reproduce a partir de IEEE Std 80-2000 y brinda valores de resistividad típicos para diferentes tipos de determinada material de superficie medidos en diferentes regiones de los Estados Unidos. Estos valores no son válidos para todos los tipos y tamaños de piedra en una región dada. IEEE Std 80 sugiere que se realicen pruebas para determinar la resistividad de la piedra que normalmente compra la empresa de servicios públicos. Desafortunadamente, no existe un estándar de la industria sobre cómo medir la resistividad húmeda de los materiales de la superficie o qué tan húmeda se debe preparar la muestra. En general, los métodos descritos en este anexo pueden usarse para medir la resistividad húmeda o seca del material de la superficie. Cuando se mide la resistividad húmeda, se diseña un método para humedecer completamente la muestra y luego se debe drenar el agua hasta alcanzar un contenido de humedad arbitrario. Actualmente, se deja que el probador determine el método y el valor de este contenido de humedad. La resistividad eléctrica de un material puede medirse después de la colocación utilizando los métodos de resistividad del suelo. Sin embargo, los métodos de resistividad descritos en la Cláusula 7 no son aplicables a p profundidades rofundidades de material superficial de 100 mm a 400 mm que se usan típicamente en aplicaciones apli caciones de subestaciones. Tabla D.1—Resistividades típicas de materiales superficiales Número Resistividad del ohmímetro de muestra Descripción del material de la superficie Seco (Estado de EE. UU. donde se encuentra) 1 Trituradora de granito con finos (NC) 2 Trituradora de granito (GA) de 1,5 in (0,04 m) con finos 3 0,02 m a 0,025 m (0,75 in a 1 in) de granito (CA) con finos # 4 (1 in a 2 in) (0,025 m a 0,05 m) granito lavado (GA) # 3 (2 in a 4 in) (0,05 m a 0,1 m) granito lavado (GA) 4 5 140 × 106 4000 — 1,5 × 106a 4,5 × 106 2,6 × 106a 3 × 106 Mojado 1300 (agua subterránea, 45 ohmios-metros) 1200 (agua de lluvia, 100 ohm- metros) 6513 (10 min después de 45 ohm- metros de agua drenada) 5000 (agua de lluvia, 100 ohm- metros) 10 000 (agua de lluvia, 100 ohm-metros) o 3000 (tierra 6 Tamaño desconocido, piedra caliza lavada (MI) 7 × 106 7 8 9 Granito lavado, similar a la grava de 0,02 m (0,75 pulgadas) 2 × 106 Granito lavado, similar a la gravilla 40 × 106 5000 190 × 106 8000 (agua subterránea, 45 ohmios-metros) 10 11 Asfalto # 57 (0,75 in) (0,02 m) granito lavado (NC) 2 × 106a 30 × 106 1 × 106a 1 × 109a Concreto 2000 toneladas agua, ohmímetro) 10 000 10 000 a 6 × 10 6 21 a 100 Concreto secado al horno (Hammond and Robson [B33]). Los valores par paraa el hormigón curado al aire pueden ser mucho más bajos debido al contenido de humedad. a 56 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra La medición después de la colocación en un conjunto de condiciones atmosféricas y del suelo podría no permitir la determinación de la resistividad en todas las condiciones de funcionamiento. Además, las mediciones realizadas después de la colocación pueden hacer que no sea práctico ajustar el diseño de la l a rejilla y el material de la superficie. La medición de la resistividad del material de la superficie, en condiciones controladas, antes de la colocación, permite una gama más amplia de modificaciones prácticas del diseño de la rejilla de tierra. Hay siete métodos publicados para medir la resistividad del suelo o de un material superficial (también conocido como “roca”). Tres métodos son apropiados para medir la resistividad del suelo y se incluyen en esta guía. Estos tres métodos de medición del suelo pueden aplicarse a la medición de la resistividad de la "roca" (material de la superficie de la subestación). Un cuarto método para medir la resistividad del suelo se proporciona en ASTM G57-2012 [B10], y este método método también podría usarse para medir la resistividad de la roca. La literatura publicada incluye tres métodos para la medición de resistividad que se aplican específicamente a la medición de "roca" en lugar de "suelo". D.2 Métodos de suelo aplicados a la medición de la resistividad de las rocas Las tres mediciones de resistividad del suelo en esta guía son el método de dos puntos, el método de variación de profundidad (tres puntos) y el método de cuatro puntos. El material de la superficie de la subestación (p. ej., roca) generalmente se aplica en una capa relativamente delgada de 150 mm o menos. La delgada capa de material conduce a problemas significativos en la aplicación apli cación de cualquiera de los tres métodos de esta guía para la medición de resistividad de la roca in situ o de muestra. D.2.1 Método de dos puntos El método de dos puntos está destinado a la medición del suelo in situ. Este método podría usarse para la medición de rocas in situ, pero la delgada capa de roca comprometería aún más la calidad de los datos. El método de dos puntos podría aplicarse para la medición de muestras, pero este método también requeriría atención a la resistencia interfacial entre las sondas de prueba y la roca. D.2.2 Método de los tres puntos El método de tres puntos requiere aumentar la profundidad de la barra para mediciones sucesivas. El método no es una alternativa práctica para la medición in situ de la capa delgada de roca superficial instalada. Se puede realizar una medición de muestra con este método, pero la profundidad requerida para la muestra es bastante profunda (por ejemplo, de 2 ma 3 m) para la muestra. Además, este método requeriría prestar atención a la resistencia interfacial entre las sondas de prueba y la roca. D.2.3 Método de cuatro puntos El método de cuatro puntos mide la resistividad promedio a una profundidad que se aproxima a la distancia entre los electrodos. Para realizar la medición in situ de una capa delgada (por ejemplo, 200 mm) de roca, los electrodos están separados por no más de 200 mm, pero la profundidad del electrodo deberá ser de 150 mm a 200 mm para hacer suficiente contacto con la roca. . Sin embargo, el método de cuatro puntos se basa en la suposición de que la longitud de las sondas de prueba es pequeña en comparación con el espacio entre las sondas. Como resultado, la base teórica del método de cuatro puntos no es válida para este arreglo. Es posible medir la resistividad de la roca utilizando el método de cuatro puntos. Sin embargo, la suposición del radio requiere que el espaciado de la sonda sea grande con respecto a la longitud de la sonda. El espaciado más grande de la sonda requiere dimensiones de muestra más grandes para la medición de la resistividad de un material homogéneo de una sola capa (sin reflexión). 57 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Para mediciones válidas y para una longitud de sonda de 150 mm a 200 mm, las distancias entre electrodos deben ser del orden de 1500 mm a 2000 mm. Las dimensiones de la muestra deben ser más de tres veces el espacio igual entre las cuatro sondas (es decir, aproximadamente 4,5 m 2). Para medir la muestra y no el recipiente de la muestra, la profundidad de la muestra debe ser mayor que el espacio de la sonda (p. ej., 1500 mm). Para una medición de cuatro puntos, la muestra debe tener aproximadamente 4,5 m 2y 1,5 m de profundidad. Para más información sobre este método, véase D.3. D.3 Método ASTM aplicado a la medición de resistividad de rocas ASTM G57-2012 [B10] [B10] presenta presenta un método de medición in situ y de muestra de la resistividad del suelo. Las ecuaciones de ASTM son idénticas a la Ecuación (3) y la Ecuación (4) en 7.2. Como Como se se indicó, la Ecuación (3) y la Ecuación (4) asumen que el espaciado de la sonda es mucho mayor (por ejemplo, por un factor de 10) que la longitud de las sondas. Al igual que con el método de cuatro puntos de esta guía, las dimensiones de la muestra deben ser de aproximadamente 4,5 m.2. La profundidad debe ser de 1,5 m, como se muestra en la Figura A.1 de ASTM G57-2012 [B [B10]. 10]. Figura D.1—Configuración de prueba prueba de A ASTM STM G57-2012 [B10] D.4 Literatura publicada sobre mediciones de resistividad de rocas En la literatura publicada se dan tres métodos para medir la resistividad del material superficial. Carmen y Woodhouse [B16] presentaron un método méto do publicado publicado para la IEEE International Powercon Conference en 2000. Abledu y Laird [B2] publicar publicaron on otro método en el elTransacciones Transacciones sobre suministro de energíaen 1993. Un tercer método se describe en un proyecto patrocinado por el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica (Patel [B53]) [B53]).. 58 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra D.4.1 Método de Carmen y Woodhouse El método Carmen y Woodhouse de medición de la resistividad de la muestra se desarrolló principalmente para evaluar el efecto del agua en el material de la superficie de la roca. Sin embargo, se realizaron mediciones de resistividad para diferentes tipos y tamaños de roca seca. D.4.1.1 Selección y dimensiones de la muestra Las mediciones de resistividad de roca seca se realizaron en material descrito como "gran metal azul, granito triturado y grava de río". El artículo de Carmen y Woodhouse [B16] no contiene c ontiene información que describa las propiedades del material, aparte de la gradación de la roca (es decir, las dimensiones). Los tamaños de roca en la medición son de 30 mm a 40 mm (aproximadamente 1 1/4 in a 1 1/2 in). Se realizaron mediciones de otros tamaños de roca, y los tamaños se describen como "partículas más pequeñas" y "partículas grandes". D.4.1.2 Configuración de la medida La configuración de la medición fue similar a la configuración utilizada en el método Laird. Se utilizó un cilindro de PVC de 150 mm (aproximadamente 6 pulgadas). Se usó una malla de cobre descrita como un "estropajo" para los l os electrodos superior e inferior. Se intentó usar papel de aluminio para los electrodos, pero el papel no era lo suficientemente resistente para soportar múltiples pruebas. No se da ninguna descripción para la conexión del equipo de medición a los electrodos de malla de cobre. Se realizó una evaluación de la validez de la configuración de medición. Se utilizó una celda hecha de un cilindro de 300 mm (aproximadamente 12 pulgadas) de diámetro para realizar las mediciones. Se encontró que las medidas con el cilindro de 150 mm estaban dentro del 2% de las medidas hechas con el cilindro cili ndro de 300 mm. D.4.1.3 Instrumentación de medida y cálculo de resistividad El primer intento de medir la resistividad se hizo con un probador de aislamiento digital. Durante la prueba, el valor de la resistencia medida siguió aumentando, exhibiendo un efecto de carga capacitiva entre las dos placas de electrodos. La curva de carga fue lenta (del orden de horas) debido a la enorme resistencia iinvolucrada nvolucrada (>10 k ohmios). Esto tiende a ser un problema cuando se prueban muestras secas de alta resistencia. En última instancia, el instrumento utilizado para las pruebas de resistividad en húmedo también se utilizó en la medición de la resistencia de la roca seca. Un medidor de resistencia digital preciso (que requiere una salida de corriente razonable) proporciona una lectura rápida y precisa de valores de hasta 20 k ohmios. Para valores por encima de esto, se utilizó una resistencia paralela de precisión de 10 k ohmios. Inicialmente, este instrumento se utilizó paraseco parasecopruebas Sin embargo, los valores obtenidos fueron mucho más altos que la resistencia de 10 k ohm que no se pudo lograr un nivel aceptable de precisión, lo que requirió el uso de un probador de aislamiento digital. La resistividad se calculó con la siguiente ecuación: r=R×A/L dónde r R A L es la resistividad (ohm-m) es la resistencia medida (ohmios) es el área (m2) es la profundidad de la muestra (m) (D.1) 59 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Se llevaron a cabo pruebas de mayor corriente y mayor voltaje utilizando un equipo de prueba de 100 kV para hacer pruebas de ruptura. No se proporciona ninguna descripción del conjunto de prueba en el documento de Carmen y Woodhouse [B16]. [B 16]. Ade Además, más, no se proporciona ningún método para el cálculo de la resistividad de la muestra en función de los valores de ruptura de tensión. D.4.1.4 Procedimiento de medición Antes de llenar el recipiente de prueba con la roca, se limpió los costados con un paño tratado con silicona para minimizar la formación depeso huellas a lo largopara de lamantener pared dellarecipiente. Despuésdurante de llenarlaelprueba. cilindro, la roca se sometió a presión con un de de 25 carbono kg, que se utilizó presión adecuada D.4.1.5 Resultados experimentales El objetivo fue determinar la resistividad de la roca húmeda. Sin embargo, se midió la resistividad de la roca seca. Para “limpio y seco (partículas más pequeñas)”, una resistividad “típica” de la roca fue de 14 000 ohm-metros. Para "limpio seco (partículas grandes)", una resistividad "típica" de la roca fue de 1 000 000 ohm-metros. El artículo de Carmen y Woodhouse [B16] [B16] no presenta presenta una definición de las categorías de rocas, el número de mediciones realizadas o el método utilizado para calcular un valor típico. D.4.2 Método Laird El método Laird de medición de la resistividad de la muestra también se desarrolló para medir el efecto del agua (p. ej., agua del grifo) en la resistividad de la roca de la superficie de la subestación. D.4.2.1 Selección y dimensiones de la muestra Se seleccionó un solo material y gradación para la medición. La muestra era un “agregado grueso lavado de 3/4 de pulgada a 1 pulgada”. La roca utilizada fue granito” (Abledu y Laird [B2]). El agregado de 3/4 in (19,1 mm) a 1 in (25,4 mm) corresponde al agregado ASTM D448-03a-2008 [B9] No. 5. Como se señaló, en la norma ASTM C615-2003 [B8] se proporciona una definición de "granito" de ASTM. Sin em embargo, bargo, la referencia a las normas ASTM no se presenta en el documento de Abledu y Laird [B2], ni n i el pe peso so de la muestra de campo requerido por ASTM C136-2006 [B7] (aproxima (aproximadamente damente 40 kg). D.4.2.2 Configuración de la medida En el método Laird, la configuración de medición consta de un cilindro de plástico de 154 mm (6 pulgadas) que tiene 298 mm (11,75 pulgadas) de diámetro. El cilindro está abierto por ambos extremos y se coloca sobre una placa base plana de aluminio. El cilindro se llena con la muestra a ensayar y la parte superior de la muestra se nivela con la parte superior del cilindro. La muestra se cubre completamente con capas de papel de aluminio. Se utiliza un acolchado suave y un peso de 10 kg para presionar la lámina contra la roca. D.4.2.3 Instrumentación de medida y cálculo de resistividad Se usó un medidor de resistencia, rango de 0,01 ohm a 9990 ohm, con una resistencia de precisión paralela de 10 k ohm, para medir la resistencia de la muestra. La resistencia de la muestra de roca se calculó a partir de la disposición en paralelo de la resistencia de precisión y la muestra. La ecuación es la siguiente: Rs=(Rmetro×10 000)/(10 000 –R –Rmetro) (D.2) 60 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra dónde Rs Rmetro es la resistencia de la muestra de roca es la resistencia medida La resistividad de la muestra se calculó con la Ecuación (D.3): ) 4×h) ρ=(V/h)/(yo/A)=(R×A)/hs=R× π×d2 /(s4×h (( ) (D.3) dónde Rs d h es la resistencia de la muestra de roca es el diámetro del aparato de prueba en metros (es decir, 0,298 m) es la altura del aparato de prueba en metros (es decir, 0,154 m) r = 0,46×R 0,46×Rs (D.4) D.4.2.4 Procedimiento de medición El cilindro se llenó con la muestra a ensayar y la parte superior de la muestra se niveló con la parte superior del cilindro. Los cables del resistor de precisión se conectaron directamente a los terminales del medidor de resistencia, y los terminales del medidor de resistencia se conectaron a la base de aluminio y la lámina superior con alambre de cobre desnudo y conectores mecánicos (pinzas de cocodrilo). El propósito principal del experimento fue medir el efecto de la resistividad del agua sobre la resistividad húmeda de la roca. La muestra de roca se saturó por completo humedeciendo la roca con agua de resistividad conocida y recirculando el drenaje 20 veces. A continuación, se dejó escurrir la muestra durante 10 min antes de realizar la primera medición de la resistencia. D.4.2.5 Resultados experimentales La resistividad húmeda de la misma muestra de roca varió en un amplio rango dependiendo de la resistividad inicial del agua y el tiempo de drenaje. Cuando se probó con agua de 500 Ω-m de resistividad, la roca tenía una resistividad de 10 410 Ω-m después de 10 min de drenaje y de 16 562 Ω-m después de 130 min de drenaje. drenaj e. Cuando se probó con agua de 5,7 Ωm de resistividad, la misma roca tenía te nía una resistividad de 2180 Ω-m a los 10 min de drenaj drenajee y aumentó a 4136 Ω-m después de 130 min de drenaje. Debido a la amplia gama de valores, el documento de Abledu y Laird [B2] recomienda recomienda qu quee la prueba se realice con agua de 100 Ω-m y que las mediciones se realicen después de 10 min de tiempo de drenaje. Se puede usar agua de otra resistividad, y el documento proporciona un gráfico y una ecuación para la corrección a 100 ohmios-metros. D.4.3 Método del volumen rectangular El método de volumen rectangular de medición de la resistividad de la muestra también se desarrolló para realizar mediciones de campo para determinar el efecto de las variaciones estacionales en las condiciones climáticas. Las mediciones se realizaron con el material de la superficie expuesto a la intemperie y es poco probable que la resistividad refleje la resistividad del material seco. Sin embargo, los métodos podrían aplicarse a material seco. 61 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra D.4.3.1 Selección y dimensiones de la muestra El material de muestra se describe como “1 1/2 pulg. de trituradora”, “grava lavada n.° 3” y “grava lavada n.° 4” (Patel (Patel [B53]). [B53]). Es probable que el 1 1/2 in tuviera una gradación de acuerdo con ASTM D 448-03a-2008 [B9] (es decir, tamaño nú número mero 44,, 1 1/2 in a 3/4 in). No existe un estándar de ingeniería que defina el "funcionamiento de la trituradora" y no se proporciona una descripción adicional en el artículo publicado (Patel [B53]). También es probable que el n.° 3 y el n.° 4 sean referencias a la norma ASTM D448-03a-2008 D448-03a-2008 [B [B9] 9] (es decir, tamaño número 3, 2 a 1 pulgada y tamaño número 4, 1 1/2 a 3/4 pulgada). ). La inclusión de "lavado" probablemente se refiera a la norma ASTM C117-04-2004 [B5] y proba probablemente blemente defina el material como desprovisto de partículas que pasarán un tamiz de 70 μm. Aunque no existe una definición estándar de "recorrido de trituración", es probable que la muestra incluyera material que pasaría un tamiz de 70 μm. No se proporciona información sobre sobre el peso de la muestra. Es probable que la muestra llenara el accesorio que se describe a continuación y tuviera un volumen de 0,081 m3. D.4.3.2 Configuración de la medida Se colocaron cajas de fibra de vidrio sobre vigas de 2 x 4 pulgadas (tamaño comercial). No se proporciona información sobre las propiedades de las cajas de fibra de vidrio (p. ej., la resistividad del material) en el artículo publicado (Patel [B53]). Las cajas de fibra de vidrio tenían aproximadamente 900 mm de largo, 600 mm de ancho y 150 mm de profundidad. Se perforaron varios agujeros en los pisos de estas cajas para facilitar el drenaje del agua de lluvia de la caja. No se proporciona una descripción adicional del material del fondo de la caja (p. ej., tipo de material, espesor, método de unión a los rieles laterales y resistividad del material). El material de las cajas de fibra de vidrio estuvo expuesto a la intemperie. La configuración eléctrica de la medida se muestra en la Figura F igura D.2 y se reproduce con permiso de EPRI del informe de Patel [B53]. [B 53]. Los electrodos de cobre cubrían dos caras de la caja de fibra de vidrio. Las caras se seleccionaron para dar una gran área transversal del material para la medición. Se insertaron bolas de aluminio entre el material medido y cada una de las dos caras de los electrodos de cobre de la caja de prueba para reducir la resistencia de contacto entre la grava y la superficie del electrodo de metal. Pruebas posteriores demostraron el efecto de la resistencia de contacto entre los electrodos y la muestra. Sin las bolas de aluminio, la resistencia a través de la muestra fue tanto como el 600% de la resistencia medida con la mejora de las bolas de aluminio. 62 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Figura D.2—Prueba de resistividad de grava Figura D.3—Circuito para eliminar error causado por voltímetro D.4.3.3 Instrumentación de medida y cálculo de resistividad Se usó una fuente de energía para proporcionar un suministro de alta corriente al material. Aunque los voltímetros de impedancia de entrada eran relativamente bajos, el error causado por el dispositivo de medición de voltaje fue compensado por los cálculos que se describen en D.4.3.4. Se usan dos voltímetros separados para medir el voltaje de la resistencia y el voltaje entre los electrodos del accesorio de muestra. El artículo publicado por Patel [B53] [B5 3] no incluye incluye información sobre el método utilizado para calcular la resistividad. Sin embargo, probablemente los cálculos se hicieron con la ecuación clásica, por ejemplo: ρ =R =R×A/L dónde ρ es la resistividad (ohm-m) (D.5) 63 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra R A L es la resistencia medida (ohmios) es el área (m2) es la profundidad de la muestra (m) D.4.3.4 Procedimiento de medición La salida del Powerstat se ajustó para provocar una caída de 500 V en la muestra. Los multímetros Fluke se insertaron simultáneamente en el circuito de prueba a través de la muestra de prueba. Un multímetro Fluke midió el voltaje a través de la muestra de prueba y el otro midió la suma de la corriente que fluía a través de la muestra de prueba y el primer medidor. El error causado por el medidor de voltaje en la muestra de prueba se eliminó luego corrigiendo las lecturas de voltaje como se ilustra en la Figura D. 3. D.4.3.5 Resultados experimentales Los resultados publicados en Patel Patel [B53] no indican que se hayan realizado mediciones para roca seca. Las mediciones que se realizaron indican que hubo diferencias significativas en la resistividad de la roca de "grava lavada" y "desplazamiento por trituración". Esto indicaría que la selección del material de muestra es una consideración importante al realizar mediciones de roca seca. 64 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Anexo E (informativo) Instrumentación E.1 Medidor de prueba de tierra Se utiliza un probador especializado para probar la naturaleza única de la resistencia a tierra. Un probador de resistencia de tierra dedicado puede evitar los problemas que pueden surgir del uso de un ohmímetro de CC o un multímetro de dos terminales. El probador establece una corriente a través del suelo desde el terreno de prueba hasta una sonda de prueba a una distancia que representa "tierra remota". Se utiliza una señal de CA o de ruido blanco para minimizar la interferencia de los transitorios del suelo y el ruido inductivo, proporcionando una frecuencia distinta contra la cual realizar la medición. Una segunda sonda remota detecta la caída de tensión por la resistencia del suelo hasta el punto de colocación, y los dos parámetros medidos de corriente y caída de tensión se utilizan para calcular la resistencia de la tierra de prueba. Los primeros modelos funcionaban equilibrando la resistencia desconocida de la tierra de prueba con una serie de resistencias décadas de valores precisos. La energía fuegenerador suministrada por un generador deun manivela a bordo. El probador dede tierra de manivela es un instrumento con un de corriente alterna con rectificador mecánico, un tren de engranajes y una manivela para operar el generador y una red de resistencia. El indicador es un microamperímetro de banda tensa. Cuando se aplica corriente al indicador, el puntero se desvía en positivo (derecha), negativo (izquierda) o permanece en cero (centro). La dirección y la cantidad de deflexión están determinadas por la relación de la resistencia marcada en el probador de tierra y la resistencia bajo prueba. Si la resistencia bajo prueba es mayor que la resistencia marcada en el probador de tierra, entonces el indicador leerá positivo. Si la resistencia bajo prueba es menor que la resistencia marcada en el probador de tierra, entonces el indicador leerá negativo. Si las resistencias son iguales, entonces en tonces el indicador leerá cero. Mediante este proceso, una serie de cuadrantes de décadas equilibra cada resistencia conocida en el instrumento con la carga que se está probando hasta que se obtiene la lectura final. El generador de corriente alterna consta de una sola bobina de estator y un rotor bipolar de imanes permanentes. Un rectificador mecánico colocado en el extremo del eje convierte la corriente desequilibrada de retorno en CC para el medidor. Los modelos posteriores emplearon medidores analógicos de lectura directa. Cuando el interruptor de prueba está cerrado, la corriente que pasa a través del electrodo bajo prueba desde el generador del probador y la caída de voltaje entre el electrodo bajo prueba y el pico potencial se usan como entradas a una computadora de relación logarítmica. La salida de la computadora de relación logarítmica es el logaritmo de la resistencia desconocida. Esta señal acciona el óhmetro cuya escala está calibrada directamente en ohmios. Se podría realizar una función secundaria para probar la resistencia de las sondas para que se pueda determinar que están dentro de los parámetros de medición requeridos. Una segunda posición del interruptor permite al probador medir la resistencia entre el electrodo bajo prueba y el pico de corriente. En este modo, una red de rango separada permite que el medidor indique una resistencia mucho más alta que la escala principal mediante el uso de una subescala de resistencia de corriente separada. La misma función se puede utilizar para comprobar la resistencia potencial cambiando momentáneamente los cables. Los dos circuitos de detección funcionan sincrónicamente con la frecuencia de la corriente de prueba. Esto les permite rechazar señales de otras frecuencias. Los modelos digitales se desarrollaron más tarde con las modificaciones apropiadas y se adhirieron al esquema fundamental de un probador de tierra dedicado. La caída de potencial a través de la resistencia de tierra bajo prueba se alimenta al circuito de medición a través de los terminales de potencial. Un búfer de entrada y un limitador de voltaje evitan que el circuito de medición cargue la resistencia de tierra bajo prueba. La señal de prueba es suministrada por una fuente inversora de CC o C CA A de corriente constante alimentada desde un suministro flotante que se puede cambiar para proporcionar rangos apropiados. Los modelos posteriores ajustan automáticamente el rango mediante la la lógica de control que monitorea la salida del detector de rango excesivo y cambia el sesenta y cinco Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra fuente de corriente a una salida de corriente más baja. Estos instrumentos también ajustan automáticamente el rango si el detector de resistencia de bucle de alta corriente detecta demasiada resistencia de bucle de corriente para el rango preestablecido. Un relé interno podría cortocircuitar un terminal de corriente y uno de potencial juntos para proporcionar una prueba de tres polos para velocidad vel ocidad y comodidad, si se desea. La corr corriente iente de prueba pasa a través de los terminales de corriente a través de la tierra bajo prueba. Un oscilador controlado por cristal es el núcleo del circuito generador de forma de onda. La frecuencia fundamental así obtenida se subdivide para proporcionar una señal de prueba apropiada. También se generan formas de onda para operar los circuitos detectores y de filtro sensibles a la fase. El filtro sensible a la fase elimina el ruido impuesto a la señal de prueba a medida que pasa a través de la tierra bajo prueba. E.2 Probador de tierra con abrazadera El método de caída de potencial es confiable y preciso, y se puede usar para probar sistemas de tierra de cualquier tamaño. Además, el operador tiene el control total de la configuración de la prueba y puede verificar o probar los resultados probando en diferentes espacios de sonda. Desafortunadamente, el método de caída de potencial también presenta varias desventajas significativas, como se indica a continuación: a) Requiere mucho tiempo y mucha mano de obra. b) Los electrodos de tierra externos o periféricos conectados al sistema a medir afectarán la medición de la resistencia. El método de prueba de tierra con abrazadera proporciona al operador la capacidad de realizar mediciones efectivas en las condiciones adecuadas. La metodología de sujeción se basa en la ley de Ohm ( R=V/yo). Se aplica un voltaje conocido a un circuito completo y se mide el flujo de corriente resultante. Entonces se puede calcular la resistencia del circuito. El probador de tierra con abrazadera aplica la señal y mide la corriente sin una conexión eléctrica directa. La pinza incluye una bobina de transmisión que aplica el voltaje y una bobina de recepción que mide la corriente. Para que el método de sujeción funcione correctamente, ya debe haber un circuito completo instalado, ya que el operador no tiene sondas y, por lo tanto, no puede configurar el circuito de prueba deseado. El operador debe asegurarse de que la tierra esté incluida en el bucle de retorno. El probador mide la resistencia completa del camino (bucle) que está tomando la señal. Todos los elementos del bucle se miden en serie. El método asume que solo la resistencia de la tierra de prueba contribuye significativamente. yo V RX R1 R2 Rnorte Rnorte–1 V yo RX V/yo=RX+ R1 R2 1 - k=1 R1k norte donde, normalment normalmentee Rnorte Rnorte–1 RX>> 1 - k=1 1k norte R Figura E.1—Metodología básica de prueba de tierra con pinzas La figura E.1 muestra la metodología básica. El probador está sujetoR sujeto RX. Toda la corriente de prueba viaja a travésR través RX pero se divide entre las restantes resistencias para volver. Tenga en cuenta queR que RXse supone que es mucho, mucho mayor que la resistencia combinada de todos los demás electrodos de tierra. En un sistema de tierra múltiple, el circuito se puede considerar como un bucle que consiste en el electrodo de tierra individual, una ruta de retorno a través de todos los demás electrodos y 66 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra la masa de la tierra. El electrodo único tendrá una resistencia mayor que el resto de tierras conectadas en paralelo. Abrazadera Terrestre Ensayador yo 2 1 R R 3 R 5 4 R R V 6 R Rcírculo= Vcírculo/ YOcírculo Figura E.2—Aplicación a tierra del poste La figura E.2 muestra un ejemplo práctico en el que el método de sujeción es muy eficaz, siempre que queR RXes mucho más grande que la ruta de retorno de las rutas de tierra paralelas. La aplicación es una tierra paralela interconectada, como una línea de distribución o transmisión. El neutro del sistema completa el retorno. Cuantos más retornos, menor es la contribución de elementos extraños a la lectura y, por tanto, mayor la precisión. Incluso un elemento "malo" (de alta resistencia) entre muchos retornos de baja resistencia no es suficiente para vencer la medición. Pero, si los retornos son pocos, o todos los elementos son “altos”, entonces el error puede ser grande. La principal ventaja del método de sujeción es que es rápido y fácil, ya que no es necesario accionar sondas y no es necesario desconectar la varilla de tierra del sistema. El método de sujeción también incluye la unión y la resistencia de conexión general del sistema y puede medir la corriente de fuga que fluye a través del sistema; esta información no está disponible a partir de una prueba de caída de potencial. La caída de potencial mide solo el electrodo de tierra, no la unión del sistema. Con el método de abrazadera, aparecerá una conexión "abierta" o de alta resistencia en la lectura porque el probador de abrazadera utiliza el conductor de puesta a tierra como parte del retorno. Hay varias ventajas importantes en el método de sujeción, pero también muchas desventajas. Es importante que el operador comprenda las limitaciones del método de prueba para que no haga un mal uso del instrumento y obtenga lecturas erróneas o engañosas. Un probador de abrazadera es una herramienta importante en la bolsa de un técnico de prueba, pero no puede ser el único instrumento utilizado. El método de sujeción solo es efectivo en situaciones con múltiples puestas a tierra tie rra en paralelo, o con el electrodo de puesta a tierra probado conectado a un segundo electrodo de muy baja resistencia (p. ej., un sistema de puesta a tierra muy grande). Este método no se puede utilizar en terrenos aislados, ya que no hay camino de retorno, por lo que no es aplicable para controles de instalación o puesta en marcha de nuevos sitios. Además, el método de sujeción no se puede utilizar si existe un retorno alternativo de menor resistencia que involucre el suelo, como con torres celulares o subestaciones. 67 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra El operador también debe ser consciente de las sutilezas del método de prueba para garantizar resultados y análisis precisos. Si otra parte del sistema de tierra se encuentra en el “área de resistencia” del electrodo que se está probando, el resultado será menor que la resistencia real del electrodo, lo que podría dar lugar a una falsa sensación de seguridad. Además, la prueba se realiza a alta frecuencia para permitir que los transformadores sean lo más pequeños posible desde un punto de vista práctico. La desventaja es que este enfoque podría ser menos representativo de una falla en la frecuencia de la red que los resultados de la frecuencia de prueba de tierra tradicional de 128 Hz. Para el efecto de frecuencias más altas en la precisión de la lectura, usemos el sistema que se muestra en la Figuraconsiderar E.2 y hagamos hagamos las siguientes suposiciones: ⎯ Conductor aéreo = No. 2 awg ACSR Longitud de cada ⎯ tramo de línea aérea = 61 m (200 pies) Número de ⎯ tramos = 5 GRAMO=R#= Resistencia de cada varilla de tierra en ohmios = 1 ohmio para el caso 1 = 10 ohmios para el caso 2 = 100 ohmios para el caso 3 L60 = Impedancia de cada tramo de línea aérea a 60 Hz = (200 ÷ 5280)[(R 5280)[(RLÍNEA+ 0,00159 × 60) + (X (XLÍNEA× 60 ÷ 60 + 0,004657 × 60 × Log (2162 60÷100 )) ×i] = 0,057 + 0,57i 0,57i L2403 = Impedancia de cada tramo de línea aérea a 2403 Hz = (200 ÷ 5280)[(R 5280)[(RLÍNEA+ 0,00159 × 2403) + (X (XLÍNEA× 2403 ÷ 60 + 0,004657 × 2403 × Registro (2162 2403÷100 )) ×i] = 0,198 + 2,604i 2,604i L3333 = Impedancia de cada tramo de línea aérea a 3333 Hz = (200 ÷ 5280)[(R 5280)[(RLÍNEA+ 0,00159 × 3333) + (X (XLÍNEA× 3333 ÷ 60 + 0,004657 × 2403 × Registro (2162 3333÷100 )) ×i ×i] = 0,254 + 3,654i 3,654i Usando los parámetros y cálculos enumerados, la impedancia de la resistencia de bucle total que mide el medidor de abrazadera y el porcentaje de error se pueden calcular usando un análisis de circuito simple. La resistencia de bucle medida con una señal de prueba de 60 Hz sería la siguiente: Z(1,L (1,L60) = 1,32 + 0,108i 0,108 i=1,3244 ohmios, 32,44 % más que la varilla de tierra real de 1 ohmio Z(10, (10,LL60) = 10.317 + 0.211i 0.211i=10,319 ohmios, 3,19 % más que la varilla de tierra real de 10 ohmios Z(100, (100,LL60) = 100.238 + 0.225i 0.225i=100,238 ohmios, 0,24 % más que la varilla de tierra real de 100 ohmios La resistencia de bucle medida con una señal de prueba de 2403 Hz sería la siguiente: Z(1,L (1,L2403) = 2.031 + 2.837i 2.837i=3,489 ohmios, 248 % más que la varilla de tierra real de 1 ohmio Z(10, (10,LL2403) = 13.723 + 5.656i 5.656i=14,842 ohmios, 48 % más que la varilla de tierra real de 10 ohmios Z(100, (100,LL2403) = 101.703 + 10.155ii=102,209 ohmios, 2,2 % más que la varilla de tierra real de 100 ohmios 10.155 La resistencia de bucle medida con una señal de prueba de 3333 Hz sería la siguiente: Z(1,L (1,L3333) = 2.144 + 3.852i 3.852i=4,408 ohmios, 341 % más que la varilla de tierra real de 1 ohmio Z(10, (10,LL3333) = 14,61 + 6,667i 6,667i=16,059 ohmios, 61 % más que la varilla de tierra real de 10 ohmios Z(100, (100,LL3333) = 102.759 + 14.043ii=103,714 ohmios, 3,7 % más que la varilla de tierra real de 100 ohmios 14.043 Como se indicó, pueden ocurrir errores significativos en los medidores de abrazadera si la reactancia del lazo es significativa en comparación con la resistencia que se mide. El filtrado puede estar presente en algunos medidores de abrazadera para reducir el error. pero el usuario deberá conocer las limitaciones del equipo y el circuito de prueba general. 68 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra También es importante asegurarse de que haya una buena ruta de retorno para obtener lecturas precisas. Una ruta de retorno pobre puede dar lecturas altas. La conexión debe estar en la parte correcta del bucle para el electrodo que se está probando, ya que una conexión incorrecta i ncorrecta puede dar una lectura defectuosa. Es necesario un conocimiento profundo del sistema para saber exactamente lo que se está midiendo. El método es susceptible al ruido de un aparato eléctrico cercano y es menos efectivo para terrenos muy "bajos" (los elementos extraños en la lectura se vuelven comparativamente grandes). Una desventaja del probador de tierrapuede con abrazadera que no hayaumentando una pruebalos incorporada para el prueba de caídafinal de potencial, el operador verificar los l osesresultados espacios entre lasmétodo. sondas. Con Con la el método de sujeción, los resultados se aceptan con "fe". Como se señaló anteriormente, un probador de tierra con abrazadera se puede complementar con otros instrumentos de prueba para mejorar la confianza en los resultados de la prueba. Sin embargo, es una parte importante del juego de herramientas de prueba en tierra, junto con un probador de caída de potencial. El probador de abrazadera se puede utilizar para identificar problemas rápidamente. Luego se puede usar un probador de caída de potencial para confirmar los resultados de esos problemas. Este enfoque permite al operador ahorrar tiempo y mejorar la precisión. La figura E.3 es un ejemplo de cómo el método de sujeción puede generar mediciones inexactas y de por qué el conocimiento del sistema es fundamental para realizar la prueba correcta. Figura E.3—Aplicación de torre celular La Figura E.3 muestra muestra los problemas al tratar de usar un probador de tierra con abrazadera en una torre celular. Las torres celulares están conectadas a tierra en la base, con cada cable de sujeción conectado a tierra y todos conectados entre sí en un anillo de conexión a tierra. Si el operador sujeta la cabeza de uno de los alambres de sujeción a tierra, la corriente de prueba simplemente completará el circuito en el anillo de tierra yno y noa través del suelo. Tenga en cuenta que la corriente de prueba circula a través del conductor que conecta los elementos individuales (varillas de tierra) que componen el anillo. Como tal, el probador de tierra con abrazaderano abrazaderanoestar midiendo la calidad del sistema de tierra. La lectura en realidad será una lectura de la resistencia del "bucle". 69 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra E.3 Medidor de tierra basado en computadora—método de caída de potencial modificado El método de caída de potencial es el método más popular para medir la resistencia de los electrodos de tierra y ha sido ampliamente utilizado durante muchos años. Sin embargo, existen muchas variables y situaciones que pueden distorsionar los resultados de las pruebas y reducir en gran medida la precisión de estas mediciones. En los últimos años, se ha desarrollado un medidor de tierra basado en computadora que puede moderar el efecto que tienen las variables en los resultados de las pruebas y mejorar la precisión de las mediciones. Un medidor de tierra basado en computadora generalmente consta de una computadora, una fuente de corriente de frecuencia variable (0 Hz a 2500 Hz) capaz de generar de 2 A a 20 A y un sistema de adquisición de datos multicanal con las sondas necesarias y el cableado de interconexión. Este método inyecta una serie de corrientes eléctricas transitorias entre la rejilla de tierra bajo prueba y una sonda de corriente remota con diferencias de potencial de tierra que se miden en múltiples ubicaciones. Los filtros se utilizan para eliminar frecuencias fuera de la frecuencia de la señal de prueba, los cables de prueba se calibran y se toman otras medidas para minimizar las influencias externas en los datos que se miden. La computadora registra el muestreo de forma de onda de la corriente de prueba y las diferencias de potencial resultantes, incluido el ángulo de fase. Antes de realizar la prueba, la configuración de la cuadrícula de tierra y las ubicaciones de las sondas de prueba se dibujan utilizando un editor proporcionado con el software de la computadora. Es importante representar con precisión la configuración de la cuadrícula de tierra y las ubicaciones de las sondas de prueba para mantener una buena precisión en las mediciones. Con la rejilla de tierra modelada y los resultados de las pruebas registrados, el software de computadora compara los gradientes de voltaje modelados los gradientes voltaje registrados realiza un análisis estadístico para determinar la resistencia de tierra que mejorcon se ajusta al modelodede rejillade deprueba tierra con los datosyde prueba. Las principales ventajas del medidor de tierra basado en computadora incluyen lo siguiente: a) No es necesario aislar la rejilla de tierra de otras fuentes de tierra. b) El electrodo de corriente se puede colocar a un mínimo de dos veces la l a diagonal de la cuadrícula en comparación con cinco veces la distancia diagonal de la cuadrícula requerida por el método tradicional de caída de potencial. c) Los datos que se registran son menos susceptibles a interferencias, armónicos y voltajes inducidos. Si bien el medidor de tierra basado en computadora tiene varias ventajas que se describen en la lista anterior, el usuario debe tener en cuenta que todavía hay áreas que podrían moderar la precisión de este método, como las siguientes: ⎯ ⎯ ⎯ Un modelo preciso de la configuración de la red de tierra y las ubicaciones de las sondas de prueba es esencial para obtener buenos resultados. Caminos metálicos por encima o por debajo del nivel del suelo Condiciones no homogéneas del suelo 70 Derechos de autor © 2012 IEEE. Reservados todos los derechos. Uso con licencia autorizado limitado a: Australian National University. Descargado el 27 de julio de 2018 a las 14:57:43 UTC de IEEE Xplore. Se aplican restricciones. Estándar IEEE 81-2012 Guía IEEE para medir la resistividad de la tierra, la impedancia de la tierra y los potenciales de la superficie de la tierra de un sistema de puesta a tierra Anexo F (informativo) Bibliografía Las referencias bibliográficas son recursos que brindan material adicional o útil, pero no es necesario comprenderlos ni utilizarlos para implementar este estándar. La referencia a estos recursos se hace únicamente ún icamente con fines informativos. [B1] AASHTO M 6-2008, Especificación estándar para agregados finos para concreto de cemento Portland. 7 [B2] Abledu, KO y DN Laird, "Medición de la resistividad de rocas en subestaciones", Transacciones IEEE en La entrega de energía , vol. 7, núm. 1, págs. 295–300, enero de 1992. [B3] Comité de Normas Acreditadas C2, Código Nacional de Seguridad Eléctrica ®(NESC ®). 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