Medición de la resistencia de puesta a tierra: revisión de métodos de medición práctica

La puesta a tierra se utiliza en la implementación de diversos proyectos de sistemas eléctricos. El concepto mismo de “puesta a tierra” se considera esquemáticamente como la conexión de una parte del circuito eléctrico al potencial de tierra.

El circuito de puesta a tierra contiene un conductor y un electrodo insertado profundamente en el suelo. Una acción tradicional en la práctica electrotécnica es la medición de la resistencia de puesta a tierra de las redes que recién se ponen en marcha y de las ya operativas. Explicaremos cómo y de qué manera se realiza esta importante acción.

¿Para qué son necesarias las mediciones?

Una solución excelente para los problemas enumerados a continuación se logra con una resistencia ideal de cero en el circuito de puesta a tierra:

1. Evitar la aparición de tensión en la carcasa de las máquinas tecnológicas.
2. Lograr un potencial de referencia eficaz para los equipos electrónicos.
3. Eliminar por completo las corrientes estáticas.

Sin embargo, la experiencia electrotécnica demuestra que no es posible obtener un resultado de cero ideal.

Procedimiento para realizar las mediciones necesarias con un instrumento para determinar la resistencia de la barra de puesta a tierra. Estos procedimientos se realizan según un cronograma aprobado por la dirección de la organización de mantenimiento.

En cualquier caso, el electrodo de puesta a tierra presenta cierta resistencia.

El valor concreto de la resistencia lo determinan:

• la resistencia del electrodo en el punto de contacto con la barra conductora;
• el área de contacto entre el electrodo de tierra y el suelo;
• la estructura del suelo, que proporciona una resistencia variable.

La práctica de medición de la resistencia del circuito de puesta a tierra señala que los dos primeros factores se pueden despreciar por completo, siempre que se cumplan condiciones lógicas:

1. El electrodo de puesta a tierra está hecho de un metal con alta conductividad eléctrica.
2. El cuerpo de la varilla del electrodo está cuidadosamente limpio y firmemente insertado en el suelo.

Queda el tercer factor: la superficie resistiva del suelo. Se considera el elemento de cálculo principal para las mediciones de resistencia del circuito de puesta a tierra.

Se calcula mediante la fórmula:

R = pL / A,

donde: p es la resistividad del suelo, L es la profundidad efectiva, A es el área de trabajo.

Para proteger a los propietarios de viviendas, todos los tipos de equipos eléctricos domésticos de alta potencia deben contar con puesta a tierra:

Al probar la resistencia, cada línea de puesta a tierra se verifica por separado. La resistencia entre el elemento de puesta a tierra y cada parte no conductora de corriente del equipo eléctrico que pueda quedar bajo tensión debe ser inferior a 0,1 ohmios.

Resumen de los métodos de medición

Existen varias opciones para medir la resistencia del circuito de tierra, cada una de las cuales permite determinar con bastante precisión el valor deseado.

Sistema de 3 puntos

Así, por ejemplo, se utiliza a menudo el método del esquema de 3 puntos, basado en el efecto de caída de potencial.

Esquema gráfico del llamado sistema de tres puntos, que se utiliza con bastante frecuencia cuando se necesita medir el valor de la resistencia del circuito de puesta a tierra.

Las mediciones se realizan en tres pasos principales:

1. Medición de voltaje en el electrodo E1 y la sonda E2.
2. Medición de corriente en el electrodo E1 y la sonda E3.
3. Cálculo (mediante la fórmula R = E / I) de la resistencia del electrodo de puesta a tierra.

Para este método, la precisión de las mediciones depende lógicamente de la ubicación de instalación de la sonda E3. Se recomienda insertarla en el suelo a una distancia – idealmente fuera del área denominada de RES (resistencia efectiva de los electrodos) E1 y E2.

Mediciones con el método «62%»

Si la estructura del suelo para la ubicación del electrodo de puesta a tierra presenta un contenido homogéneo, el método «62%» para determinar las resistencias de los circuitos de puesta a tierra promete una buena efectividad.

El suelo se ajusta a la tecnología de medición bajo el interesante nombre «62%». Sin embargo, el nombre proviene del valor óptimo de separación entre los electrodos, con el cual se obtiene un resultado aceptable.

El método es aplicable a esquemas con un único electrodo de puesta a tierra. La precisión de las lecturas aquí se debe a la posibilidad de ubicar las sondas de trabajo en un tramo rectilíneo, con respecto al electrodo de puesta a tierra.

Puntos de instalación de las sondas de control

Método simplificado de dos puntos

La aplicación de este método de medición requiere disponer de otra puesta a tierra de calidad además de la que se va a investigar. La técnica es relevante para áreas densamente pobladas, donde a menudo no es posible operar ampliamente con electrodos de trabajo auxiliares.

La metodología simplificada de medición se realiza según un esquema de dos puntos. Con esta tecnología se requieren menos manipulaciones con el equipo y cálculos, pero la precisión de los cálculos no es alta.

El método de medición de dos puntos se caracteriza por mostrar simultáneamente el resultado para dos dispositivos de puesta a tierra conectados en serie. Esto explica los requisitos de alta calidad de ejecución de la segunda puesta a tierra, para no tener en cuenta su resistencia.

Para realizar los cálculos también se mide la resistencia de la barra de puesta a tierra. El resultado obtenido se resta de los resultados de las mediciones totales.

La precisión de este método deja mucho que desear en comparación con los dos anteriores. Aquí juega un papel importante la distancia entre el electrodo de puesta a tierra, cuya resistencia se mide, y la segunda puesta a tierra. Normalmente, esta metodología no se aplica. Es una especie de alternativa cuando no se pueden utilizar otros métodos de medición.

Mediciones precisas con cuatro puntos

Para la mayoría de las opciones de medición de resistencias, además de las tecnologías de 2 y 3 puntos, la tecnología de 4 puntos se considera la más óptima. Esta tecnología de medición la poseen dispositivos como el tester de la serie 4500. A juzgar por el nombre del método, en el área de trabajo se colocan cuatro electrodos de trabajo en línea recta y a distancias iguales.

Con este esquema, de cuatro puntos, se realizan las mediciones más precisas. Se utiliza equipamiento moderno y existe la posibilidad de realizar trabajos sin desconectar el circuito de puesta a tierra.

El generador de corriente del dispositivo se conecta a los electrodos extremos, como resultado fluye una corriente entre ellos cuyo valor es conocido. En los otros terminales del dispositivo se conectan dos electrodos de trabajo internos.

En estos terminales se presenta el valor de caída de tensión. El resultado final de las mediciones es la resistencia a tierra (en ohmios), cuyo valor el dispositivo muestra en la pantalla.

Los dispositivos de la serie 4500 se utilizan a menudo para medir la tensión de contacto. El dispositivo, mediante un módulo especial, genera una tensión de pequeña magnitud en el suelo, simulando un daño en el cable.

Simultáneamente, en la escala del dispositivo se indica la corriente que circula por el circuito de tierra. Las lecturas en la pantalla se toman como base y se multiplican por el valor supuesto de la corriente en el suelo. De esta forma se calcula la tensión de contacto.

Ejecución de las medidas de control del estado de los equipos electrotécnicos y las líneas de puesta a tierra. Para el trabajo se utiliza un dispositivo de medición tipo 4500.

Por ejemplo, el valor máximo de la corriente esperada en la zona de daño es de 4000 A. En la pantalla del dispositivo se observa un valor de 0,100. Entonces el valor de la tensión de contacto será de 400 V (4000 * 0,100).

Medición con el instrumento C.A6415 (6410, 6412, 6415)

La singularidad de este método es la posibilidad de realizar mediciones sin desconectar el circuito de tierra. También cabe destacar la ventaja de que medir la resistencia total del dispositivo de puesta a tierra es admisible mediante el método de incluir en el circuito de tierra la componente resistiva de todas las conexiones.

El principio de funcionamiento es aproximadamente el siguiente:

1. Un transformador especial genera corriente en el circuito.
2. La corriente fluye en el bucle formado.
3. Mediante un detector síncrono se registra la señal medida.
4. La señal obtenida es convertida por el ADC.
5. El resultado se muestra en la pantalla LCD.

El dispositivo está equipado con un módulo (amplificador selectivo), gracias al cual la señal útil se limpia eficazmente de diversos tipos de interferencias: ruidos de baja y alta frecuencia. Con las pinzas en su estado articulado se forma un bucle excitado que envuelve el conductor de tierra.

Instrucción de medición con el instrumento C.A6415

La secuencia de acciones al trabajar con el dispositivo de la serie S.A6415 se describe claramente en el manual que acompaña a este dispositivo único.

Dispositivo de medición único – pinzas, gracias a las cuales se logra medir la resistencia del circuito de tierra de manera relativamente sencilla y fácil en diversas condiciones.

Por ejemplo, se necesita realizar mediciones de la resistencia de puesta a tierra de algún módulo eléctrico (transformador, contador eléctrico, etc.).

Secuencia de acciones:

1. Abra el acceso a la barra de puesta a tierra retirando la cubierta protectora.
2. Sujete con las pinzas el conductor (la barra o el electrodo) de puesta a tierra.
3. Seleccione el modo de medición 'A' (medición de corriente).

El valor máximo de corriente del instrumento es de 30 A, por lo que, si se supera este valor, no se debe realizar la medición. Debe retirar el instrumento y repetir la medición en otro punto.

Proceso de realización de mediciones con dispositivos de medición tipo C.A 6415 y 3770. Los resultados de las mediciones se registran en una tabla y se comparan en el próximo mantenimiento.

Cuando el valor de corriente obtenido en la escala se encuentra dentro del rango permitido, se puede continuar el trabajo cambiando el instrumento a la medición de resistencia «?».

El resultado mostrado en la pantalla indicará el valor total de resistencia, incluyendo:

• el electrodo y la barra de puesta a tierra;
• el contacto del neutro con el electrodo de puesta a tierra;
• el contacto de las conexiones en la línea entre el neutro y el electrodo de puesta a tierra.

Al trabajar con las pinzas, se debe tener en cuenta que las lecturas elevadas del instrumento en la resistencia de puesta a tierra generalmente se deben a un mal contacto del electrodo de puesta a tierra con el suelo.

También, una barra conductora rota puede ser la causa de una alta resistencia. Los valores elevados de resistencia en los puntos de conexión (empalmes) de los conductores también pueden afectar las lecturas del instrumento.

Recomendaciones generales para la medición de la resistividad del suelo

Antes de construir un circuito de puesta a tierra, por ejemplo para una caldera de gas, se debe obtener información precisa sobre el tipo de suelo en el que se instalará el electrodo de tierra. A menudo, para determinar los valores de “p” del suelo, se recomienda consultar las tablas existentes.

Sin embargo, esta opción con tablas proporciona solo datos aproximados. Por lo tanto, no se debe confiar en ellos. Los valores reales de la resistividad del suelo pueden diferir en varios órdenes de magnitud.

Opción #1: suelo de una sola capa

Si el suelo tiene una composición homogénea, su resistividad se mide mediante el método del «electrodo de prueba».

Estructura de un suelo homogéneo. En estas condiciones, medir y calcular la resistencia es mucho más sencillo que realizar el mismo trabajo en suelos de múltiples capas.

El método implica la realización de un procedimiento específico en dos etapas:

1. Se toma una sonda de control de varilla con una longitud ligeramente mayor que la profundidad de instalación prevista.
2. Se introduce la sonda en el suelo estrictamente vertical hasta la profundidad de instalación prevista.
3. El extremo que queda sobre la superficie del suelo se utiliza para medir la resistencia de dispersión (Rr).
4. Se determina la resistividad del suelo mediante la fórmula p = Rr * Ψ.

Se recomienda realizar el procedimiento varias veces en diferentes puntos del área de trabajo. Las mediciones alternativas ayudan a obtener resultados precisos de la resistividad del suelo.

Opción #2: suelo de múltiples capas

Para esta situación, la medición de la resistividad del suelo se realiza mediante el método de sondeo por etapas. Es decir, la sonda de control se introduce hasta la profundidad de trabajo en etapas, y en la posición de cada etapa se realizan mediciones de resistividad. El cálculo de la resistividad media del suelo se realiza mediante fórmulas para cada medición individual.

Suelo multicapa. En tales condiciones, es necesario calcular la resistencia de cada capa individual. Los cálculos de suelos multicapa requieren más trabajo.

Luego, basándose en las características climáticas de la zona, se determinan los valores para los cambios estacionales. De esta manera (bastante compleja) se obtienen los valores calculados del USG de las capas superiores. Las capas subyacentes se consideran no sujetas a cambios estacionales, por lo que el cálculo para ellas se limita a una medición y cálculo algo simplificados.

Requisitos para la ejecución de los trabajos

Los trabajos de este tipo, por supuesto, son realizados por personal cualificado que representa a organizaciones especializadas. Así, la operación de los cuadros eléctricos en edificios residenciales suele ser responsabilidad de los servicios públicos. Solo se permite realizar cualquier medición en estos puntos a través de la consulta con dichos servicios.

Los circuitos eléctricos se consideran sistemas peligrosos. A pesar de que las instalaciones del sector doméstico están diseñadas para tensiones inferiores a 1000 V, esta tensión es mortal para los seres humanos. Es necesario cumplir todas las medidas de seguridad necesarias al manipular equipos eléctricos. El ciudadano común a menudo desconoce dichas medidas.

Las particularidades de la instalación de la puesta a tierra para una bañera en un apartamento urbano se explican en el siguiente artículo, que contiene las normas y una guía para realizar el trabajo.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Realización de mediciones en la práctica con el equipo:

La realización de trabajos relacionados con la comprobación de la resistencia de puesta a tierra es obligatoria, independientemente de la complejidad del esquema eléctrico y de la categoría del objeto donde se instala o se ha instalado y se opera el equipo eléctrico. Muchas organizaciones especializadas están dispuestas a ofrecer dichos servicios.

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