UNI VERSI DAD NACI ONAL PEDRO RUI ZGALLO FACULTAD DE I NGENI ERÍ A ME MECÁNI CA YELÉCTRI CA
CURSO LABORATORI O DE MEDI DAS ELÉCTRI CAS
CATEDRÁTI CO LI C.HECTOR OLI DEN NUÑEZ
I NFORME Nº 03 I NTEGRANTES
MEDI DA DELARE RESI STENCI ADE DEPUESTAATI ERRA ROJASROME MERO MARVI N ANDERSSON
ESQUE N ME M C HAN ABRAHAM F E CE H A
MONSALVE ME MENDO DOZACRI STI AN
LEYVA SI LV A ALEX
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NOTA
16072015
CI CLO 2015-I
Lambayeque16 dej ul i odel2015 MEDIDA DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
I
INTRODUCCION
El objetivo de este informe es resaltar la importancia de una buena puesta a tierra, el porqué de su monitoreo y
mantenimiento, y
métodos (tradicionales y modernos) para llevar resistencia de
en particular, algunos
a cabo la medición de la
la misma, en diferentes tipos de instalación, principalmente
pequeñas y medianas.
Los istemas de !one"ión a #ierra (!#) son parte indispensable de lasinstalaciones eléctricas, sean éstas de potencia, comunicaciones, medición oinstrumentación. $no de los par%metros caracter&sticos de los !# es la denominadaResistencia a Tierra. Este valor es un indicador, aunque no concluyente, del adecuado funcionamiento del !#.
Los !# pueden ser tan simples como una barra enterrada verticalmente, un conductor desnudo enterrado 'oriontalmente, o complejos y e"tensos formados por mallas 'ec'a de conductores 'oriontales algunas veces combinada con la inserción de barras verticales. $no de los factores que determinan la complejidad de un !# es la resistividad del terreno, su estructura geológica superficial y el m%"imo valor de resistencia a tierra permitido.
La importancia de una adecuada instalación de puesta a tierra est% dada por
II
•
*esguardar a las personas de los peligros de fallas de aislación en equipos
• •
eléctricos. +revenir incendios en plantas industriales. Evitar daños por sobretensiones en equipos e instalaciones domiciliarias e
•
industriales. +roteger contra corrosión cañer&as, cubiertas met%licas de cables
subterr%neos, estructuras, etc. OBJETIVOS:
antener buenos niveles de seguridad del personal, operación de los equipos y desempeños de los mismos con un buen sistema de puesta a tierra.
+revenir incendios en plantas industriales.
Evitar daños por sobretensiones en equipos e instalaciones domiciliarias e industriales
III
FUNDAMENTO TEORICO:
A) El Concepto de Resistenci Tie!!
-eneralmente el concepto de resistencia se asocia al de un elemento con dos terminales claramente definidos, que permiten su cone"ión eléctrica dentro de un circuito o red. En el caso de un !# solo se dispone de un terminal el punto de cone"ión al terreno mediante el !#. i se considera el terreno donde est% el !# como un plano infinito, el otro terminal de la resistencia queda indeterminado. En la pr%ctica este no es el caso, ya que para poder medir la resistencia se debe inyectar corriente
al !# formando un circuito cerrado para el retorno de la
corriente.
unque la estructura f&sica de un !# consta generalmente de barras verticales y conductores 'oriontales, el concepto de resistencia a tierra se comprende mejor considerando la forma
de electrodo de cone"ión m%s sencilla de estudiar
teóricamente un electrodo 'emisférico enterrado a ras del suelo.
+ara fines de c%lculo se asumir% al terreno como un medio conductor semi/infinito 'omogéneo con resistividad. La resistividad del material del electrodo se consideramuc'o menor que la del terreno. 0ebido a la simetr&a del electrodo la corriente sedistribuye uniformemente sobre la superficie del mismo.
B) Tipos de siste"s de PAT
e pueden distinguir varios tipos de sistemas de +#, los cuales no deben compartir el mismo electrodo de +# •
0e servicio utiliados para conducir corriente en condiciones normales de funcionamiento, tales como el centro de estrella de generadores o
•
transformadores. 0e protección empleadas para la prevención de accidentes personales. e conectan a la misma todas las partes met%licas de equipos eléctricos que puedan quedar bajo tensión ante una falla de aislamiento, como por ejemplo carcasas de m%quinas, gabinetes de tableros eléctricos, bandejas
•
portacables, etc. +ara equipos electrónicos. cumplen una función similar a la de protección y adem%s permiten referir a potencial de tierra las masas de los equipos, evitando que su potencial 1flote2 con respecto a tierra y origine voltajes
•
peligrosos para los componentes electrónicos. +ara descargas por sobretensiones utiliadas el los circuitos de pararrayos y descargadores de l&neas y equipos.
C) P!tes constit#ti$s de #n siste" de PAT
Est% compuesta de tres partes fundamentales •
!onductor de unión debe ser de la sección adecuada para la corriente que puede llegar a circular, para que no se producan calentamientos ni ca&das de tensión inadmisibles. 3o puede ser interrumpido con seccionadores,
•
fusibles u otro elemento. Electrodo de tierra dado que la resistencia de contacto del conductor de unión (alta conductividad) con la tierra (baja conductividad) es función de la sección de presenta en la unión entre ambos, se intercala un electrodo con la sección suficiente para garantiar una baja resistencia. dem%s el electrodo se construye para que resista la corrosión natural al estar en
•
contacto con la 'umedad y sales del suelo. #ierra propiamente dic'a 0efinida por los componentes, naturales y artificiales, del terreno, y la 'umedad y temperatura del mismo. e define la
resistividad eléctrica del suelo como la resistencia por metro de suelo4 sus valores para distintos tipos de terrenos son
La instalación del electrodo directamente en el agua, adem%s de dar una alta resistencia de contacto por la mala conductividad del agua, origina una mayor corrosión del mismo. #ambién es perjudicial para la vida 5til del electrodo la ejecución en terrenos salitrosos y con alta 'umedad. +ara mejorar las condiciones de contacto frente a terrenos de alta resistividad, y adem%s prolongar la vida 5til del electrodo, se recurre a componentes qu&micos (gel no corrosivo) o naturales (grafito) constituyendo una 1funda2 alrededor del electrodo. Las tomas de tierra m%s utiliada son
•
En forma de estaca (jabalina) cil&ndrica, constituida por un alma de acero y
un recubrimiento electrol&tico de cobre, se 'inca verticalmente en el suelo. •
Es la mas com5nmente usada por su facilidad de instalación. En forma de placa rectangular o circular, material cobre electrol&tico. *ecomendable para terrenos donde la profundidad de la tierra vegetal es
•
de 6,7 a 7 mts. En forma de pletina banda met%lica de gran e"tensión instalada
•
'oriontalmente a poca profundidad. +ara terrenos rocosos. Mallada. !onstituida por conductores de cobre enterrados en forma 'oriontal. +ueden formar una estrella (ramificada), un bucle o una cuadr&cula.
Los valores aconsejables para redes eléctricas de resistencia de un sistema de +# son
D) M%todos de p!#e& &'sicos p! "edici(n de l !esistenci tie!!
La mayor&a de los instrumentos e"istentes para la medición de la resistencia a tierra, se basan en el método de la ca&da de potencial.
Método de caída de potencia
Este método también denominado de tres puntos, se realia con tres terminales y se describe previamente con referencia a la Fi#! *+ P!#e& de !esistenci de ltie!! po! el "%todo de C,d de Potencil o de T!esTe!"inles+
Este método se realia con tres puntas de prueba o electrodos separados, las cuales se conectan a los tres terminales del instrumento para medición de la resistencia a tierra como se muestra en la figura 8. Es importante aclarar que en la figura se aprecia que la tercera punta de prueba es un electrodo fijo y no removible, no solo es para mediciones iniciales sino también puede ser usado para corroborar mediciones anteriores o el estado de una puesta a tierra e"istente.
Empleando un probador de cuatro terminales, los terminales +6 y !6 en el instrumento son puenteados y conectados al electrodo de tierra bajo prueba o al tercer electrodo de referencia. i se dispone de un instrumento de tres terminales, solo conecte el terminal 9 al electrodo a tierra. +osteriormente, se colocan las otras dos puntas de prueba au"iliares en los terminales !7 y +7 y varillas de prueba enterradas a distancias predeterminadas del electrodo bajo prueba. La figura 8 muestra el arreglo de las varillas de prueba y el electrodo. l accionar el instrumento, se genera una corriente que se inyecta por los terminales !6:+6 retornando por el electrodo au"iliar de corriente (!7). l pasar la corriente por la tierra, una ca&da de voltaje se generar% entre los terminales !6:+6 y el electrodo au"iliar de potencial conectado en +7. El instrumento calcula la resistencia a través de la ley de o'm.
0onde
* ; *esistencia a tierra
*;<:=
< ;
Este método demanda que por lo menos e"ista un espaciamiento entre !6:+6 y !7 de unos 6> m y que se grafiquen los valores de resistencia obtenidos contra la distancia e"istente entre el electrodo a prueba y la varilla conectada a +7. En la pr%ctica esta distancia entre !6:+6 y !7 debe ser lo m%s grande que es posible. l ( (a)
elaborar la gr%fica, la misma mostrara un incremento gradual de resistencia a tierra mientras +7 est% en la ona cercana al electrodo bajo prueba. !uando +7 sale de esa ona pero no 'a entrado en la ona de !7, la gr%fica mostrar% una meseta en los valores. Este aplanamiento obtenido se 'a demostrado teóricamente que se logra cuando +7 est% localiado al ?7@ de la distancia entre el electrodo bajo prueba y !7. Esta es la raón por la que también se le llama a este método el Ade ?7@A. +ruebas realiadas por ic'aels demuestran que la variación de las lecturas obtenidas al >B@ y al CB@ de la distancia es menor al >@, que es la precisión de la mayor&a de los instrumentos m%s comunes. 0e a'& que las lecturas que se toman al ?B@ pueden dar una medida promedio aceptable de la resistencia a tierra del electrodo incluyendo la resistencia del conductor de cone"ión al electrodo bajo prueba. in embargo, este método tiene la limitante de que depende en gran medida de enterrar los electrodos en una ona alejada de objetos conductores. i la curva en la gr%fica, no presenta un tramo paralelo, quiere decir que la distancia escogida no es suficiente. La solución puede ser una mayor distancia entre electrodos, pero, en algunos casos, la localiación de los electrodos en l&nea recta es imposible por la falta de espacio u otros factores. +ero, en el art&culo se demuestra que colocando el electrodo de prueba + en %ngulos 'asta de DB grados da lecturas consistentes con las que se obtendr&an en l&nea recta, aunque en la gr%fica los valores de resistencia después de distancias mayores al CB@ no suben con igual rapide, debido a la lejan&a del electrodo !7. El uso de tres terminales es m%s conveniente debido a que requiere que un solo conductor sea conectado. u aceptación considera que la resistencia del conductor com5n
est% incluida en la medición. 3ormalmente, este efecto puede ser minimiado si los requerimientos de las pruebas no son mayores, ya que la pequeña resistencia adicional introducida es casi nula. in embargo, cuando se realian pruebas m%s complejas o se impongan requerimientos m%s r&gidos, puede ser m%s aconsejable utiliar todos los cuatro terminales, conectando el terminal +6 con el electrodo a ser probado (conectarlo en la varilla después de !6). Esta es una verdadera configuración de prueba de cuatro 'ilos, la cual elimina todas las resistencias de los cables de cone"ión desde el equipo. La precisión que se 'a aumentado en las mediciones, pueden resultar significantes cuando se tienen especificadas o requeridas resistencias muy bajas o se usan métodos que requieren de un d&gito adicional para cumplir con requerimientos matem%ticos. La decisión sin embargo es opcional, y se basa en los objetivos que se persigan al realiar las pruebas y en los métodos que se utilicen. La varilla 'incada ! de referencia debe colocarse tan lejos del electrodo a tierra como sea pr%ctico4 esta distancia puede estar limitada por la longitud de cable de e"tensión disponible, o la geograf&a de los alrededores ver igura 8.
M%todo de Dos P#ntos+
!uando se emplea un instrumento de cuatro terminales, se puentean los terminales +6 y !6 conect%ndose al electrodo a tierra bajo prueba y los terminales +7 y !7 se puentean conect%ndose a un sistema de tubos de agua completamente met%lico, tal como se aprecia en la figura> P!#e& de Resistenci de Tie!! M%todo Di!ecto o Dos te!"inles .
i el sistema de agua es e"tenso, es decir, se e"tiende a un %rea muy grande, su resistencia debe ser una fracción de un o'm. 0espués puede tomar la lectura del instrumento como la resistencia del electrodo bajo prueba. Este método es la forma m%s simple de 'acer una prueba de resistencia a tierra. !on este método, la resistencia de dos electrodos en serie se mide la varilla enterrada y el sistema de agua. +ero e"isten tres limitaciones importantes
6. El sistema de tubos de agua debe ser lo suficientemente grande para tener una resistencia despreciable. 7. El sistema de tubo de agua debe ser met%lico en su totalidad, sin ning5n acoplamiento o flanges de aislamiento. F. El electrodo de tierra bajo prueba debe estar lo suficientemente lejos del sistema de tubos de agua para quedar fuera de su esfera de influencia. En algunos lugares, su electrodo a tierra puede estar tan cerca del sistema de tubos de agua que no se puedan separar a los dos y dar la distancia requerida para medición por medio del método de dos terminales. Gajo estas circunstancias, si se cumplen las condiciones 6 y 7, se puede conectar al sistema de tubos de agua y obtener un electrodo a tierra adecuado. in embargo como precaución contra cualquier posible cambio futuro en la resistencia del sistema de tubos.
Método de cuatro terminales
Este método se realia con cuatro puntas de prueba o electrodos separados, las cuales se conectan a los cuatro terminales del instrumento para medición de la resistencia a tierra como se muestra en la figura ?. 0e aqu& que el nombre de esta prueba sea llamado 1étodo de !uatro #erminales2. Es importante aclarar que en la figura se aprecia que la cuarta punta de prueba es un electrodo fijo y no removible, esto es indicativo de que este método no solo es para mediciones iniciales sino también puede ser usado para corroborar mediciones anteriores o el estado de una puesta a tierra e"istente. El 0r. ranH Ienner de la Jficina de la normaliación de $. 0esarrollo la teor&a basada en esta prueba en 6D6>, el demostró que si la profundidad del electrodo (G) se mantiene pequeña comparado con la distancia entre electrodos (), se aplica la siguiente formula K ; 7 *
En donde K es la resistividad promedio del suelo a la profundidad en o'mM cm, es la constante F.686? es la distancia entre los electrodos en cm, * es la lectura del instrumento E--E* en o'ms.
En otras palabras si la distancia entre electrodos es 6,7 metros (8 pies), usted obtendr% la resistividad de la tierra a una profundidad de 6,7 metros (8N) como sigue
6 !onvertir los6,7 metros o 8 pies en cent&metros para obtener en la fórmula 8 " 67 " 7.>8 cm ;677 cm 7 ultiplique 7 para obtener la constante para una preparación de prueba dada 7 " F.686? "677;C?? 'ora, por ejemplo si la lectura de su instrumento es de ?B o'ms, la resistencia de la tierra ser&a de ?B " C??, o
sea 8>,D?B o'ms M cm. *ecordamos que el cuarto terminal en la figura constituye una barra de tierra e"istente y se colocan las otras tres puntas de pruebas para completar cuatro terminales, esto tiene el fin de ilustrar como se puede comprobar la resistividad en una aplicación ya e"istente
Medici(n de l !esisti$idd #tili-ndo "#est!s de s#elo
La estimación de la resistividad del terreno a partir de la medición de la resistividad de una muestra e"traida del mismo, se puede realiar empleando el método de los cuatro puntos en una caja prism%tica pequeña de sección transversal cuadrada, en la que se introduce el material e"traido de la probeta respectiva.
!omo es de esperar, el valor de resistividad que se obtiene de esta manera resulta menos e"acto que el que se obtendr&a en el terreno real, pero en algunas ocasiones es el 5nico camino posible.
III+ E.UIPOS E INSTRUMENTOS:
Un tel#!("et!o o "edido! de tie!!+
Es un aparato de medida utiliado para medir la resistividad de las tomas de tierra y pararrayos. e utilia para medir la calidad de la instalación, y saber si los valores de resistividad son los adecuados. En caso contrario, se tratara la tierra con productos espec&ficos para bajar la conductividad de la tierra. *ecuerda que la toma de tierra de una instalación eléctrica es muy importante para proteger la vida de las personas y alargar la vida de nuestros aparatos eléctricos
0os electrodos uno potencial y el otro de corriente de acero o acero cobreado de FB cm de longitud y 68 mm de di%metro.
III
PROCEDIMIENTO
!one"ión del instrumento conecte los tres cables al instrumento de la siguiente manera, roja al terminal !, amarillo terminal E, luego conecte
al terminal O verde al
al electrodo potencial, que est%n distanciadas
C metros con respecto al otro electrodo H es el de corriente.
*ecuerda
que el cable rojo se
conecta al electrodo
m%s alejada del
instrumento que es la de corriente , la el cable amarillo al electrodo de voltaje y finalmente el cable verde a la varilla de puesta a tierra.
e deber% comprobar en todos los casos la ausencia de tensión en tierra a medir. i se observa presencia de tensión en tierra, NO MEDIR .
#ampoco bebe de medirse en caso de tormenta o precipitación atmosférica.
ituar el electrodo de tensión y de corriente en l&nea recta. +artiendo del punto de puesta a tierra, primero se coloca la de tensión y la m%s alejada la de corriente.
IV
CUESTIONARIO /
0Medi! l !esistenci de p#est tie!! en l 1c#ltd de "ec'nic el%ct!ic2UNPR34
La medición de la resistencia de la puesta a tierra es de C.C6 P La tensión presente es de B.B?<
CONCLUSIONES
V
!on respecto a la medida calculada
en el telurómetro, la resistencia de
puesta a tierra es menor que 7>P lo que concluimos que el terreno tiene baja resistividad.
VI
OBSERVACIONES 5 RECOMENDACIONES+
e recomienda que la mediciones regulares realiadas coincidan con diferentes mediciones realiadas
y
as&
asegurarse que
se
toman
medidas en las condiciones m%s desfavorables. l momento de medir se debe a prestar atención , entre otras cosa a la colocación de electrodos de modo que no se solapen las %reas de influencias de los mismos. La presencia de objetos met%licos enterrados as& como la de tendidos eléctricos, seg5n sea el caso afecta la medición. Los métodos modernos de medición descritos en este informe son en su mayor&a variantes de métodos tradicionales.
VII
BIBLIO3RAFIA:
'ttp::QQQ.amperis.com:recursos:articulos:medida/resistencia/puesta/tierra: 'ttp::es.scribd.com:doc:>F6?>DD8:6B:edida/de/la/resistencia/de/una/ puesta/a/tierra 'ttp::QQQ.luF'ba.com.ar:*#=!$LJ@7B6B:edicion@7Bde@7Bistema @7Bde@7B+uesta@7Ba@7B#ierra.pdf
