LA400 Puesta a tierra

El sistema de puesta a tierra tiene por finalidad proteger la vida de las personas, evitar daños en los equipos por sobretensiones, mejorar la efectividad de las protecciones eléctricas y la compatibilidad electromagnética, al proporcionar una adecuada conducción de la corriente de falla a tierra.

Además, sirve de referencia común al sistema eléctrico, transmite señales de RF en onda media y larga, presenta una conexión de baja resistencia con la tierra y con puntos de referencia de los equipos.

Por lo tanto, lo fundamental es asegurar valores bajos y tolerables de las tensiones de paso, de contacto y transferida que garanticen la seguridad de las personas. Además, que valores de bajo de resistencia de puesta a tierra ayudan en caso de falla a tener valores de tensiones descritos dentro de los valores de seguridad.

De acuerdo con lo anterior, en una instalación de una puesta a tierra es deseable un valor bajo de la resistencia que se tenga con respecto a tierra; independiente del número de electrodos y elementos que haya necesidad de utilizar para lograr este propósito.  Por ello, siempre que se instala un sistema de puesta a tierra, se debe medir el valor de la resistencia a tierra y confrontarlo con los límites establecidos, para garantizar una buena puesta a tierra del sistema eléctrico.

En las redes de distribución, el sistema de tierra se compone de las puestas a tierra instaladas en los pararrayos, transformadores, condensadores, reguladores, equipos de maniobra, neutros y elementos metálicos, cuyos electrodos de puesta a tierra están generalmente constituidos por varillas enterradas.

Con la interconexión de las puestas a tierra (a través del neutro) se logra disminuir el valor de la resistencia entre neutro y tierra, que asegura la operación correcta de las protecciones y limita la tensión a tierra que puede aparecer entre las fases no falladas cuando ocurre una falla a tierra.

El sistema de distribución en M.T., es sólidamente puesto a tierra en las subestaciones y en B.T. es efectivamente puesto a tierra a lo largo de su recorrido. 

Los sistemas de puesta a tierra se encuentran definidos en la especificación ET-492 Puesta a tierra.

La ventaja de utilizar las varillas como electrodos de tierra es su facilidad de instalación , no necesita excavación y su economía con respecto a otras soluciones. 

Instalación de puestas a tierra 

Para la instalación de las puestas a tierra de los circuitos de distribución en M.T., B.T. y equipos conectados del sistema , se deben tener en cuenta los siguientes casos: 

- En los DPS-Dispositivos de Protección contra Sobretensión Transitorias (antes llamados pararrayos), los puntos de tierra de cada uno de ellos se deben conectar a tierra acorde con ET492. 

- En los transformadores de distribución se deben conectar entre sí el neutro y la carcasa, mediante un fleje de cobre (de fábrica).  Se realiza una sola bajante para puesta a tierra de los DPS (pararrayos) y del transformador acorde con ET492.

- En algunos equipos instalados a lo largo del circuito de MT, tales como reconectadores o seccionalizadores, se realiza una sola bajante para puesta a tierra de los DPS (pararrayos) acorde con ET492. 

- El neutro de la red de B.T. se debe poner a tierra cada tres postes, igualmente los puntos finales de los neutros del circuito. 

- Para disminuir el vandalismo se usan postes de concreto con la puesta a tierra inmersa en el concreto. Se deben empalmar los cables en las cajas de paso (referencia 5800) dispuesta con los conectores adecuados, a fin de prolongar el conductor al neutro y a la varilla de puesta a tierra. Ver norma LA408 . 
 
- En las transiciones de los cables subterráneos de M.T., los alambres de la pantalla metálica del blindaje del conductor en los terminales deben conectarse a tierra a través de la puesta a tierra de los pararrayos , ver norma LA117 , LA118 LA119 , LA120 , LA121 , LA218 , LA219 , LA220 y LA221 . La pantalla del terminal del cable de M.T solo debe aterrizarse en uno de los extremos del cable , con el fin de evitar circulación de corriente a través de la pantalla y disminuir la capacidad del cable. 
 
Medida de resistencia de puesta a tierra 
La medida de la resistencia de puesta a tierra se realiza con un medidor de tierras (conocido como telurómetro), utilizando preferiblemente el método de los tres puntos (Caída de Tensión) o el método de la pendiente.

Método Caída de potencial

La resistencia de puesta a tierra debe ser medida antes de la puesta en funcionamiento de un sistema eléctrico, como parte de la rutina de mantenimiento o excepcionalmente como parte de la verificación de un sistema de puesta a tierra. Para su medición se pueden utilizar los métodos especificados en la norma IEEE 81, entre los cuales se encuentra el método de Caída de Potencial, cuya disposición de montaje se muestra en la figura 1.

En donde:

d es la distancia de ubicación del electrodo auxiliar de corriente, debe ser mínimo 5 veces la mayor dimensión de la puesta a tierra a medir, (según IEEE 81).

x es la distancia del electrodo auxiliar de tensión.

La resistencia de puesta a tierra en ohmios se calcula como la relación V/I.

El valor de resistencia de puesta a tierra que se debe tomar al aplicar este método es cuando la disposición del electrodo auxiliar de tensión se encuentra al 61,8 % de la distancia del electrodo auxiliar de corriente, siempre que el terreno sea uniforme. Igualmente, se podrán utilizar otros métodos debidamente reconocidos y documentados en las normas y prácticas de la ingeniería.

Se recomienda realizar 3 mediciones de Resistencia de puesta a tierra: la primera tomando como punto de referencia el electrodo de potencial al 61.8% de la distancia auxiliar de corriente, una adicional desplazando el electrodo de potencial desde ese punto de referencia 1 metro hacia adelante y otra, desplazando un metro hacia atrás el mismo electrodo de potencial desde el punto de referencia (61.8 % de la distancia del electrodo auxiliar de corriente)

El resultado de las mediciones se debe registrar en el formato: ANEXO PLANILLA MEDICION DE RESISTENCIA PUESTA A TIERRA. 

Método De La Pendiente

Esta técnica es otra adaptación del método de la caída de potencial y es específicamente útil para medir grandes mallas de puesta a tierra donde no es práctico posicionar el electrodo auxiliar de corriente a una distancia extensa, como se establece en el método de la caída de potencial tradicional.

El procedimiento se describe a continuación:

a. Determine un punto adecuado en la malla de puesta a tierra a evaluar para realizar las mediciones, manteniendo alineados los electrodos. Establezca una distancia C adecuada para posicionar el electrodo auxiliar de corriente.

b. Registre las resistencias R1, R2 y R3 situando el electrodo de potencial a las distancias desde el punto inicial de 0.2C, 0.4C y 0.6C, respectivamente.

c. Determine el coeficiente de variación de pendiente “μ” con la fórmula: 

μ = (R3 - R2) / (R2 - R1)

d. Consulte en la Tabla 1. el valor correspondiente de “k” basado en el coeficiente "μ" obtenido.

e. Mida la resistencia posicionando el electrodo de potencial a una distancia “dp” desde el punto de inicio (calculada como k*C]). Esta resistencia medida (R4) representa la resistencia auténtica de puesta a tierra.

f. Si el valor de µ obtenido no está en la tabla 1, se debe colocar más lejos el electrodo de corriente y repetir el procedimiento de medición. Debe aplicarse con mayor cuidado en suelos no homogéneos y con cambios bruscos de pendiente. (Para mayor información consultar el Estándar IEEE 81-2012 “IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and Earth Surface Potentials of a Grounding System”).

El resultado de las mediciones se debe registrar en el formato: ANEXO PLANILLA MEDICION DE RESISTENCIA PUESTA A TIERRA

Todas las medidas deben realizarse sin tensión, ni circulación de corriente, es decir, la varilla de tierra debe estar desconectada de bajantes de DPS, neutros, tierras de equipos en funcionamiento, igual sucede si se miden mallas de tierra.

De acuerdo con el RETIE en algunas instalaciones se deben cumplir los siguientes valores:

Medida de resistividad del terreno

Es de gran importancia conocer las características del terreno donde se va a instalar una varilla de tierra o malla de tierra para predecir el número de varillas que se deben instalar o la configuración de los electrodos y la necesidad o no, de realizar tratamientos al suelo.  La resistividad varía con el tipo de suelo, la temperatura, la humedad, la homogeneidad y acidez del terreno.

Método de Wenner

Existen diversas técnicas para medir la resistividad aparente del terreno. Se puede aplicar el método tetraelectródico de Wenner, que es el más utilizado para aplicaciones eléctricas y que se muestra en la Figura 4. Se pueden usar otros métodos debidamente reconocidos y documentados en las normas y prácticas de la ingeniería.

Figura 2. Esquema de medición de resistividad aparente - Método Wenner

La ecuación exacta para el cálculo es:

Donde:

ρ es la resistividad aparente del suelo en ohmios metro

a es la distancia entre electrodos adyacentes en metros.

b es la profundidad de enterramiento de los electrodos en metros.

R es la resistencia eléctrica medida en ohmios, dada por V/I

Cuando b es menor o igual a una décima parte de a, se tiene la siguiente expresión:

Para realizar la medida con el método Wenner se utiliza un telurómetro de 4 bornes (o terminales). Este método goza de mayor precisión y popularidad por varias razones:

• Resistividad del suelo sin enterrar electrodos: permite obtener la resistividad del suelo para capas profundas sin la necesidad de enterrar los electrodos a esas profundidades.
• Medición de resistividad sin equipos pesados: no requiere de equipos pesados para llevar a cabo las mediciones.
• Resultados no afectados por resistencia de electrodos: los resultados no se ven afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares ni por los huecos creados para su inserción en el terreno.

El método de Wenner implica enterrar pequeños electrodos tipo varilla, en cuatro huecos en el suelo, a una profundidad “b” y separados (en línea recta) una distancia “a”.

La distancia entre los electrodos (a) debe ser al menos 3 veces la profundidad del electrodo (b). Por ejemplo, si la profundidad de cada electrodo (b) es de 30 cm, la distancia de separación entre ellos (a) debe ser como mínimo de 90 cm.

El telurómetro de 4 bornes dispone de 4 conexiones, típicamente etiquetadas así: C1, C2, P1 y P2.

Figura 3. Conexión de electrodos al equipo de medición

• C1 y C2 (o H y E): bornes de corriente. Son los que "inyectan" la electricidad en los electrodos exteriores.
• P1 y P2 (o S y ES): bornes de potencial. Son los que "miden" el voltaje entre los electrodos interiores.

Figura 4. . Gráfica de conexiones telurómetro

Se inyecta una corriente “I” entre los 2 electrodos externos de corriente (C) y se mide el voltaje “V” entre los 2 electrodos exteriores de potencial (P). La distancia “a” entre picas se interpreta como una estimación de la profundidad aproximada a la cual se está midiendo la resistividad del suelo.

El telurómetro suele mostrar en pantalla un valor de Resistencia (R) en Ohmios (Ω), siendo la persona competente responsable de la medición quien tiene que aplicar la fórmula para calcular el valor de ρ; salvo que el equipo tenga un menú específico para el "Método Wenner". En ese caso, el aparato hace la división interna y, en lugar de dar el resultado en Ohmios (R), da directamente el resultado en Ω·m (ρ).

Para tener en cuenta la variación de la resistividad del suelo con la profundidad, se realizan mediciones variando la distancia “a” a varios metros. De esta forma, se obtienen mediciones de resistividad a diferentes profundidades.

Después de tomar varias mediciones, se calcula un promedio aritmético. Además, se toman medidas en distintas direcciones para determinar si la resistividad varía significativamente en diferentes zonas geográficas.

Mejoramiento de la resistencia de puesta a tierra

La elección entre aumentar electrodos o tratar el suelo debe hacerse en función de la resistividad medida, tal como se resume en la Tabla No. 1 de Determinación del número y disposición de varillas de puesta a tierra según resistividad del terreno donde se indica el número de varillas o el tipo de tratamiento requerido para alcanzar los valores de resistencia de puesta a tierra establecidos.

Tabla 2. Determinación del número y disposición de varillas de puesta a tierra según resistividad del terreno

Notas:

• La longitud D es la longitud de las varillas de puesta a tierra en metros (D= 2,4 m). Ver ET492
• La conexión entre el fleje de bajante y la varilla de puesta a tierra dependerá de lo establecido en la ET492.