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MTODO PARA MEDIR LA RESISTENCIA DE
PUESTA A TIERRA DE GRANDES SISTEMAS.
RESUMEN
Existen varios mtodos para medir la resistencia de puesta a
tierra de sistemas
elctricos, cada uno de los cuales establece un trabajo de campo
bastante arduo,
que depende del tamao del sistema de puesta a tierra, se
pretende mostrar un
mtodo que reduce la utilizacin de grandes extensiones de terreno
para la
medida de la resistencia con resultados tan satisfactorios como
los otros
mtodos que existen para medir tal valor.
ABSTRACT
Several methods exist to measure the resistance of putting to
land of electrical
systems, one or other one establishes a work of arduous enough
field, and this
depends on the size of the system of putting to land, we try to
show a system
that simplifies the field work with results as satisfactory as
other methods that
exist to measure such a value.
Jorge Humberto Sanz Alzate
Profesor Asistente Universidad
Tecnologica de Pereira.
e-mail: [email protected]
Sandra Milena Perez Londoo
Profesor Universidad Tecnolgica de
Pereira.
e-mail: [email protected]
1. INTRODUCCIN.
El trabajo de campo necesario para medir la resistencia de
puesta a tierra de grandes sistemas implica un despliegue de
equipo y un terreno bastante amplio contiguo al sistema
que se va a medir, segn la IEEE 81 Std 81.2 - 1991,
generando una gran dificultad a la hora de realizar dicha
tarea, puesto que en ocasiones no se cuenta con terrenos
adyacentes propios o fsicamente no es posible acceder a
estos, por lo tanto se requiere plantear un sistema de
medida
que no sea tan exigente en terreno pero que sea confiable.
2. MTODO DE LA INTERSECCIN DE
CURVAS.
Este mtodo se basa fundamentalmente en la regla del
61,8%, el cual fue presentado para la medicin de grandes
sistemas de puesta a tierra (Iguales o mayores a 20000 m2)
este mtodo resuelve dos problemas que se presentan en
la prctica:
La distancia a la cual deben ser ubicados los
electrodos de emisin y medicin auxiliares, puesto que al
utilizar el mtodo de la cada de potencial con aplicacin de
la regla del 61,8% la ubicacin del electrodo de emisin a
6,5 veces la mxima longitud del sistema de puesta a tierra
a medir implica distancias de hasta 500 o ms metros, casos
en los que es difcil medir.
La dificultad que se presenta por la accin del
IEEE 81 Std. 81.2 1991. Guide for Measurement of
Impedance and Safety Characteristics of Large, Extended
or Interconected Grounding Systems IEEE 81 2, 1992,
pp. 9.
efecto mutuo (superposicin de zonas de influencia) que se
presenta por la utilizacin de grandes distancias para los
electrodos auxiliares.
Para medir la resistencia de puesta a tierra de cualquier
sistema es necesario evaluar las distancias a las cuales se
ubicarn los electrodos auxiliares a partir de un punto
especfico; es decir se debe establecer un punto de origen
para las mediciones. A primera vista resulta lgico pensar
en una coincidencia entre el centro geomtrico y elctrico
de un sistema de puesta a tierra, esto coincide para
sistemas
simples como el de un solo electrodo, o en algunos casos
esto puede ser cierto pero es apenas una casualidad. Las
situaciones reales de mallas de puesta a tierra complejas,
con mltiples conexiones, tubos, electrodos y conductores,
nos puede brindar una geometra de contorno regular
(rectangular, triangular, etc.), pero no se comporta
elctricamente sobre un punto de vista de conexin central
como un figura definida.
Para resolver el problema de la determinacin del centro
elctrico del sistema de puesta a tierra a medir se puede
implementar un software adecuado para tal fin, al cual se le
deben suministrar los datos geomtricos del sistema de
puesta a tierra y la resistividad especfica del terreno
donde
se aplica dicho sistema de puesta a tierra; sin embargo G.F.
Tagg en un documento publiccado en la IEEE en 1969,
elimina la necesidad de la determinacin del centro
elctrico, es decir, elimina la necesidad de extensos
clculos y simplifica la medicin al necesitar menores
distancias en la ubicacin de los electrodos auxiliares.
TAGG G. F. Measurement of the resistance of An
Earth Electrode covering a large area IEE Procedings,
Vol. 116, Mar. 1969
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El mtodo de la interseccin de curvas consiste en obtener
varias curvas de resistencia de puesta a tierra, colocando
el
electrodo de emisin B a varias distancias y asumiendo
varias posiciones para el centro elctrico del sistema de
puesta a tierra bajo prueba, y a partir de estas curvas por
medio de un procedimiento se obtiene la resistencia del
sistema de puesta a tierra y la posicin exacta del centro de
la malla.
Supongamos que todas las mediciones son hechas a partir
de un punto de inicio O, la distancia al electrodo de emisin
B es C, y P es la distancia variable del electrodo de
potencial N. Luego se traza una curva de resistencia
respecto a la distancia de P (figura 1b).
Figura 1. a) Mtodo de la interseccin de curvas. b) Curva de
resistencia
para grandes sistemas de puesta a tierra.
Se supone el centro elctrico del sistema de puesta a tierra
en D, a una distancia x de O, luego la distancia del centro
al electrodo de emisin es C + x, y el valor real de la
resistencia se obtiene cuando el electrodo de potencial se
coloca a 0,618(C + x) de D, o sea que el valor de D medido
desde O es 0,618(C + x) - x . Para obtener la familia de
curvas inicialmente se deben desarrollar los siguientes
pasos:
1. Determine el punto O, el cual ser el punto de
unin entre el telurmetro y el sistema de puesta a
tierra bajo prueba.
2. Basndose en las dimensiones del sistema de
puesta a tierra, se determina la distancia C del
electrodo de emisin , para cada una de las curvas
que se quieren obtener. Se deben obtener como
mnimo 4 curvas.
3. Con base en la mxima distancia C a que se
colocar el electrodo de emisin se determina la
distancia de x como un porcentaje de C:
20%,40%,60%,80% y 100%
4. Teniendo ya los valores de x y C aplicamos la
frmula DV = 0.618(C + x) x con la cual
obtenemos las distancias (DV ) a las cuales debe
estar ubicado el electrodo de medicin de voltaje.
5. Al obtener los valores de resistencia de puesta a
tierra con el telurmetro, se trazan las grficas
R(Leida) vs. Xi tal como lo muestra la figura 2.
Figura 2. Mtodo de interseccin de curvas
2.1 Consideraciones prcticas en la
implementacin. Para la implementacin de este
mtodo debemos tener en cuenta las siguientes
recomendaciones:
Para determinar el punto de unin entre el
telurmetro y el sistema de puesta a tierra bajo prueba
generalmente tomamos un electrodo ubicado en el
permetro del sistema de puesta a tierra. Es aconsejable
realizar este tipo de mediciones con telurmetros de cuatro
bornes.
En el momento de la medicin se asume que D,
O y C deben estar en lnea recta.
Existen lmites para la distancia del electrodo de
corriente, por ejemplo si el sistema de puesta a tierra es
una
malla cuadrada, la mnima distancia del electrodo de
corriente debe ser mayor que el lado del cuadrado, y debe
ser menor que el doble del lado, ya que si es demasiado
grande las curvas que se obtienen son muy planas y la
interseccin que se obtiene ser indefinida.
B
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Es recomendable realizar como mnimo 4 curvas
para las cuales se deben realizar por lo menos 5 mediciones
por cada curva, esto con el fin de obtener muchos valores
de resistencia, los cuales harn que las curvas obtenidas
sean ms claras. Por ningn motivo se debe recurrir a datos
de mediciones anteriores, es muy aconsejable que se
dibujen las curvas producto de una sola jornada de trabajo.
Siempre que sea posible haga que el rumbo de la
medicin o la ubicacin del electrodo de emisin sea
ortogonal al sistema de puesta a tierra bajo prueba, esto
hace que sea posible atenuar errores provocados por
desvos de resistividades propias del terreno.
Este mtodo puede ser un poco tedioso por las
numerosas mediciones que se deben realizar pero el hecho
de utilizar longitudes relativamente cortas para ejecutarlo
aunado a los resultados muy confiables, hacen de este
mtodo muy apropiado para sistemas muy grandes.
3. EJEMPLO:
Se requiere medir el valor de la resistencia de puesta a
tierra para el sistema elctrico del edificio de bsicos de la
Universidad Tecnolgica de Pereira.
Malla de: 7m x 7 m. - Cuadrculas de 0,5 m
Profundidad : 0,5 m - Conductor utilizado: 2/0 - cu
Si se utilizara cualquier mtodo distinto al de interseccin
de curvas, la distancia requerida para ubicar el electrodo
de
inyeccin de corriente desde el punto de contacto de la
malla sera igual a 6,5 veces la longitud mayor de la malla,
en este caso sera igual a:
.53,64772 22 metrosC
Datos del trabajo de campo:
La distancia requerida se logr pero se acercaba
mucho a otros sistemas de puesta a tierra.
No se dispona de otras rutas para establecer otras
curvas, puesto que solo se dispona de una franja
en una sola direccin, hacia los sistemas
existentes.
Aplicando el mtodo expuesto se tomaron las siguientes
medidas:
Con una distancia de 20 metros:
C 20 m
Xi Pi Ri
4,00 10,88 10,56
8,00 9,36 8,84
12,00 7,84 7,58
16,00 6,32 6,55
20,00 4,80 5,44 Tabla No. Distancia C de 20 metros.
Con una distancia de 40 metros:
C 40 m
Xi Pi Ri
8 21,76 6,39
16 18,72 6,23
24 15,68 6,08
32 12,64 5,83
40 9,6 5,52 Tabla No. Distancia C de 40 metros.
Con una distancia de 60 metros:
C 60 m
Xi Pi Ri
12 32,64 6,41
24 28,08 6,3
36 23,52 6,2
48 18,96 6,06
60 14,4 5,89 Tabla No. Distancia C de 60 metros.
Con una distancia de 80 metros:
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Tabla
No. Distancia C de 80 metros.
La figura 3 se obtiene graficando los datos obtenidos en los
cuatro grupos de medidas con relacin a Xi.
Observamos en la grfica No. 3 cuatro curvas, las cuales
corresponden a cada grupo de datos, dependiendo de la
distancia al que se halla colocado el electrodo de
corriente.
Se puede observar en la misma figura dos crculos que
encierran cuatro intersecciones, y de acuerdo al
planteamiento terico del mtodo, se debera presentar una
sola interseccin para todas las curvas, el cual
correspondera al valor de la resistencia de puesta a tierra,
para el caso que nos ocupa se debe establecer un
procedimiento que nos permita establecer un nico valor
de la resistencia de puesta a tierra.
En este caso se tomar el valor medio de los cuatro valores
de resistencia correspondiente a cada interseccin, esto es
:
- Valor 1: 6.2 , el cual corresponde a la
interseccin de la curva de C=20 y la curva de
C=40.
- Valor 2: 6.4 , el cual corresponde a la
interseccin de la curva de C=20 y la curva de
C=60.
- Valor 3: 6.3 , el cual corresponde a la
interseccin de la curva de C=20 y la curva de
C=80.Valor 4: 6.2 c, el cual corresponde a la
interseccin de la curva de C=20 y la curva de
C=40.
Por lo tanto el valor medio de dichos valores es igual a:
3,64
2,63,64,62,6RPT
El valor oficial de la resistencia de puesta a tierra del
sistema elctrico del edificio de Ciencias Bsicas de la
Universidad Tecnolgica de Pereira es de 6.3 .
C 80 m
Xi Pi Ri
16 43,52 6,27
32 37,44 6,22
48 31,36 6,15
64 25,28 6,08
80 19,2 5,96
Figura 3. Construccin de la interseccin de curvas
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Es importante destacar que el hecho de utilizar pequeas
extensiones para medir la resistencia de puesta a tierra,
nos
permite establecer una garanta de que no se present
influencia de sistemas externos para la medida, por lo tanto
hacer que el valor obtenido tenga el ms alto grado de
confiabilidad.
Se utiliz el mtodo de la pendiente para verificar el valor
obtenido y por medio de este mtodo se estableci un valor
para la resistencia de puesta a tierra de: 6,74
De acuerdo a la metodologa de la IEEE80-2000 los
clculos para dicha malla los resultados son los siguientes:
RESULTADOS DE CALCULO
Conductor suficiente malla 1/0
Longitud Total del cable 112,000
Longitud Total varillas 12,000
Area CM NEC para sop.I falla 24,224
Dimetro(m) conductor escogido 0,0103
Area Total de la malla 49,000
Resistencia (Nieman) en ohmios 6,492
Tension de Paso Permitida 12280,050
Tension de Contacto Permitida 3236,536
Constante KI 2,026
Constante KM 0,406
Constante KS 0,839
Tensin de Paso Real de la malla 6829,138
Tensin de Contacto Real de la malla 3305,466
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De acuerdo a los resultados y a la lectura de la resistencia
de puesta a tierra de este sistemas mediante el mtodo que
se describi nos permite establecer una comprobacin a la
efectividad del mtodo.
4. CONCLUSIONES
Este mtodo permite establecer la medida de la resistencia
de puesta a tierra de manera confiable, utilizando pequeas
franjas de terreno adyacentes al sistema a medir, evitando
la
influencia de sistemas cercanos, que puedan influir en la
medida.
El mtodo requiere un trabajo de campo un poco amplio
que en ocasiones puede ser un elemento disuasivo para la
aplicacin del mtodo, pero su efectividad permite asegurar
su utilizacin en sistemas de puesta a tierra grandes.
5. BIBLIOGRAFA.
IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding
Electronic Equipment, IEEE Std 1100-1999.
A comparison of IEC479-1 and IEEE Std 80 on grounding
safety criteria, C.H. LEE and A.P.SAKIS MELIOPOULOS.
MANUAL DE TECNICAS EN MEDICIONES DE
SISTEMA DE PUESTA A TIERRA.- 2000- Tesis de
grado. Universidad de la Salle, Santaf de Bogot.
WENNER, F. A Method of Measuring Earth Resistivity.
Scientific Paper of the Bureau of Standards No. 258.(1915)
pp. 469.
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SCIENTIA ET TECHNICA No. /2002
zCALCULO DE MALLA A TIERRA
METODOLOGIA: IEEE 80 de 2000
PAIS COLOMBIA
CIUDAD: Pereira
EMPRESA: Univeridad Tecnolgica de Pereira
FECHA: Marzo 30 de 2003
POTENCIA SUBESTACION 150 KVA -Edificio de Bsicos
D A T O S
Corriente de malla en condiciones de falla (Amperios) 5000,0
Tiempo de despeje de la falla (Seg) 0,5
Temperatura ambiente(Centigrados) 27,0
Conexiones con exotrmica (Cadweld) si
Resistividad en Ohmios - metro. 101,1
Profundidad de la malla(m) 0,5
Longitud lado cuadrcula(m) 1,00
Rectngulo malla(Largo) 7,0
Rectangulo Malla(ancho) 7,0
Numero varillas de cobre 5,0
Longitud c/u varillas(m) 2,4
Cond.pre-escogido('1/0,'2/0,'4/0) 2/0
Resistencia gravilla o gap (Ohmios) 10000
Espesor de la Gravilla o gap(m) 0,5
