MEDICIÓN DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA

Transcripción

1 MEDICIÓN DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA Generalidades El método comúnmente utilizado para evaluar la resistencia de puesta a tierra se conoce como el Método de Caída de Tensión, mostrado en la Fig. I-12, donde (E) es el electrodo de puesta a tierra bajo prueba. (P) y (C) son dos electrodos auxiliares. Al circular una corriente conocida (Im) entre los electrodos (E) y (C) midiendo la diferencia de potencial (Vm) entre (E) y (P), la relación Vm/Im dará el valor de resistencia. Es evidente que para obtener la resistencia de (E), no se deberá incluir la resistencia de los electrodos auxiliares. Puesto que la resistencia del electrodo (C), es uno de los factores que determinan la magnitud de la corriente (Im) y ésta a su vez, determina el valor (Vm), la relación Vm/Im es independiente de la resistencia de (C). Asimismo, a pesar de que la resistencia del electrodo auxiliar (Vm) y como usualmente la medición se realiza con un aparato de equilibrio en cero, no circulará corriente a través de (P) en el instante de lograr el equilibrio para la medición. (E) (P) (C) FIGURA 1 CIRCUITO DE MEDICIÓN APLICANDO EL MÉTODO DE CAÍDA DE TENSIÓN A 0 o La medición de la resistencia de puesta a tierra tiene por objeto establecer el valor real de la resistencia para determinar la elevación de la tensión en la red de puesta a Dr. Arturo Galván Diego. 1

2 tierra y evaluar si tal valor de resistencia es suficiente para limitar los gradientes a valores tolerables. Para evaluar la impedancia o resistencia a tierra, el principio utilizado para su medición es el mismo: se inyecta una corriente a tierra a través del electrodo o red que se pretende medir y de un electrodo auxiliar, llamado electrodo de corriente, al mismo tiempo que se determina la tensión creada entre el electrodo o red bajo prueba y un punto sobre la superficie del terreno mediante un segundo electrodo llamado electrodo de potencial. Si no se tiene interferencia, la resistencia se determina por: Vm R g = Ω I m La dirección ideal del cable asociado al electrodo de potencial deberá formar un ángulo de 90 grados en relación con la recta que forman el electrodo bajo prueba y el electrodo auxiliar de corriente (Figura 2). Para obtener el valor correcto de V m, deberán efectuarse varias mediciones a distancias crecientes a partir del electrodo bajo prueba. Al obtener tres o más lecturas sucesivas similares, podrá considerarse que V m es correcta. El método de medición de caída de tensión presentado en párrafos anteriores, describe un caso ideal. En la práctica, con el fin de limitar errores, es recomendable efectuar varias mediciones mediante el siguiente procedimiento: 1. Seleccionar dos o tres direcciones para efectuar mediciones. 2. Instalar el electrodo auxiliar de corriente y su cable asociado en una de dichas direcciones, a una distancia igual al lado mayor del rectángulo que circunscribe al electrodo de conexión a tierra, o bien igual a seis veces su longitud, para el caso de electrodos verticales. 3. Instalar el electrodo de potencial y su cable asociado en la otra dirección, la cual es recomendable que forme un ángulo entre 90 y 180 grados con respecto a la dirección del electrodo de corriente. La distancia inicial recomendable entre el electrodo de potencial y el electrodo bajo prueba es del orden de 1/3 la distancia del electrodo auxiliar de corriente. 4. Realizar una primera medición de la resistencia de conexión a tierra. 5. Desplazar el electrodo de potencial a intervalos de 1 a 5 m (conservando la dirección original) de tal manera que se tengan cuando menos 10 mediciones hasta alcanzar el electrodo auxiliar de corriente. Continuar las mediciones hasta que el valor medido en tres puntos sucesivos sea razonablemente igual (diferencia dentro del 2 al 5%). Dr. Arturo Galván Diego. 2

3 6. Conservando el electrodo de potencial en el último punto de medición, desplazar el electrodo de corriente al doble de la distancia del punto Repetir el proceso de medición indicado en 3, 4 y Si el proceso de medición en 7 arroja un resultado similar o ligeramente menor que el anterior, entonces se tendrá el valor de la resistencia de conexión a tierra. La curva de los valores medidos deberá ser similar a la curva A de la Figura 3 para una medición con ángulo de 0 o entre cables y la curva B de la Figura 3 para una medición entre 90º y 180 o entre cables.. FIGURA 2 CIRCUITO DE MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA A 180 o Dr. Arturo Galván Diego. 3

4 El medidor de resistencia de conexión a tierra deberá reunir las siguientes características: 1. Una fuente de tensión. 2. Un circuito para eliminar las corrientes de tipo electrolítico y las corrientes de interferencia. 3. Un circuito de medición. La tensión generada deberá ser de un valor razonable para lograr una inyección de corriente que permita efectuar la lectura, al mismo tiempo que se mantienen las condiciones de seguridad para el personal que efectúa el trabajo de medición. La corriente inyectada deberá alternarse a una frecuencia tal que se limite al mínimo el fenómeno electrolítico, y que a su vez no introduzca problemas importantes de efecto mutuo debido a la interacción de los cables auxiliares. Anteriormente, la fuente de tensión era un generador accionado manualmente. Actualmente, la mayoría de los equipos son operados con baterías, generando señales entre 90 y 150 Hz. FIGURA 3 CURVA TÍPICA OBTENIDA EN LAS MEDICIONES DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA Dr. Arturo Galván Diego. 4

5 Recomendaciones del Código Nacional Eléctrico (NEC) Resistencia de puesta a tierra de un solo electrodo El NEC, sección , (NOM-001-SEDE-2005; ) establece que si un solo electrodo de puesta a tierra tiene una resistencia mayor a 25 Ω entonces debe complementarse con uno o más electrodos adicionales de cualquiera de los tipos especificados en o hasta obtener este valor de resistencia permisible. Sin embargo el NEC advierte que la colocación de varillas a menos de 1.83 m (6 ft) de separación resulta ser una medida poco efectiva si se requiere disminuir la resistencia de conexión a tierra de manera significativa. El caso mas general, que es el uso de varillas de 2.44 m (8 ft) de longitud, mejora su eficiencia al mantener las varillas con un espaciamiento mayor a 1.83 m (6 ft). Sin embargo, habrá instalaciones donde ningún número de electrodos será adecuado, entre éstos sitios se encuentran las capas de lava, áreas desérticas, edificios sobre grandes masas de roca, etc. En el caso de utilizar más de un electrodo, éstos deberán unirse de cualquier forma con el fin de evitar diferencias de potencial, resultado de condiciones de falla o fenómenos atmosféricos. Resistencia de puesta a tierra para equipo sensible Aun cuando el NEC y la NOM permiten que el electrodo de conexión a tierra tenga una resistencia de 25 Ω a tierra, los fabricantes de equipo electrónico requieren de un electrodo con una resistencia mucho menor que 25 Ω, algunos requieren 5 Ω o menos. Requerimientos de la Norma Oficial Mexicana (NOM) Electrodos Artificiales La NOM (Sección ) requiere que el valor de la resistencia de conexión a tierra, no debe ser mayor que 25 Ω para casas habitación, comercios, oficinas o locales considerados como de concentración pública, con acometidas en baja tensión; aún en las condiciones más desfavorables (época de estiaje). Para sitios especiales donde se requiera un valor menor de resistencia a tierra, como pueden ser edificios que contengan equipos de cómputo, de comunicaciones o equipo electrónico en general, la NOM recomienda recurrir a las tierras especiales (Sección de (a) a (d)), las cuales consisten en: a) No utilizar tuberías de gas, b) Tubería y tanques subterráneos, c) Varillas y tubos, d) Placas y (e) No utilizar aluminio como material. Dr. Arturo Galván Diego. 5

6 4.9 INSTALACIONES DESTINADAS AL SERVICIO PUBLICO CAPITULO 9 ARTICULO 920-DISPOSICIONES GENERALES Resistencia a tierra de electrodos. Disposiciones generales. El sistema de tierras debe consistir de uno o más electrodos conectados entre sí. Debe tener una resistencia a tierra baja para minimizar los riesgos al personal en función de la tensión eléctrica de paso y de contacto (se considera aceptable un valor de 10 Ω; en terrenos con alta resistividad este valor puede llegar a ser hasta de 25 Ω. Para los tipos de electrodos véase a) Plantas generadoras y subestaciones. Cuando estén involucradas tensiones y corrientes eléctricas altas, se requiere de un sistema enmallado de tierra con múltiples electrodos y conductores enterrados y otros medios de protección. Véase Artículo 921 Parte D Subestaciones. b) Sistemas de un solo electrodo. Los sistemas con un solo electrodo deben utilizarse cuando el valor de la resistencia a tierra no exceda de 25 Ω en las condiciones más críticas. Para instalaciones subterráneas el valor recomendado de resistencia a tierra es 5 Ω. c) Sistemas con múltiples conexiones de puesta a tierra. El neutro, debe estar conectado a un electrodo en cada transformador y sobre la línea, cada 400 m máximo independiente del sistema del servicio de los usuarios Conexión a tierra de partes metálicas de transformadores. Aplicar lo indicado en y lo correspondiente al tipo de instalación. D. Subestaciones Características del sistema de tierra. Las características de los sistemas de tierra deben cumplir con lo aplicable del Artículo 250. NOTA: Para definir un método adecuado para calcular el sistema de puesta a tierra, como el cálculo para sistemas de tierras en plantas y subestaciones, véase el Apéndice B1 (NRF-011-CFE-2002). a) Disposición física. El cable que forme el perímetro exterior del sistema, debe ser continuo de manera que encierre el área en que se encuentra el equipo de la subestación. En subestaciones tipo pedestal, de conexión estrella-estrella, se requiere que el sistema de tierra quede confinado dentro del área que proyecta el equipo sobre el suelo. La resistencia del sistema a tierra total debe cumplir con los valores indicados en el inciso (b) de esta Sección. b) Resistencia a tierra del sistema. La resistencia eléctrica total del sistema de tierra incluyendo todos los elementos que lo forman, deben conservarse en un valor menor que lo indicado en la tabla siguiente: Dr. Arturo Galván Diego. 6

7 Resistencia (W) Tensión eléctrica máxima (kv) Capacidad máxima del transformador (kva) 5 mayor que 34,5 mayor que ,5 mayor que ,5 250 Deben efectuarse pruebas periódicamente durante la operación en los registros para comprobar que los valores del sistema de tierra se ajustan a los valores de diseño; asimismo, para comprobar que se conservan las condiciones originales, a través del tiempo y de preferencia en época de estiaje. Dr. Arturo Galván Diego. 7