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U.P.T.C. Formacin bsica profesional. rea (Elctrica Electrnica)Facultad Seccional Duitama Metrologa elctrica y luminotecniaEscuela de Ingeniera Electromecnica 54020605-04

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PRACTICA DE LABORATORIO 4

MEDICION DE RESITENCIA DE PUESTA A TIERRA

INTRODUCCION

La finalidad de poner a potencial de tierra, un equipo o estructura metlica es de extrema

importancia, ya sea para su funcionamiento como para la prevencin de accidentes fatales,puesto que en el caso de una falla del aislamiento de un equipo elctrico, la descarga se

produce a travs de la conexin de puesta tierra y no a travs de una persona que se

encuentre en contacto con la instalacin mencionada.

En esta prctica el estudiante podr medir la resistencia de un terreno y seleccionar el punto

adecuado para la instalacin antes mencionada.

1.OBJETIVOS

Medir la resistencia elctrica de un terreno por medio del telurmetro.

2. GENERALIDADES

2.1 MEDICIN DE RESISTENCIA DE PUESTA TIERRA

La medida del valor ohmico de una puesta tierra generalmente se efecta por dos razones:

Para comparar el valor, antes y despus de la instalacin de puesta a tierra de unequipo elctrico, con el valor especificado en su diseo.


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Para mantenimiento de la puesta a tierra y confirmar que su valor no ha aumentadoostensiblemente respecto al valor de diseo.

El mtodo ms usual para la medicin de resistencia puesta tierra es conocido como

"mtodo de cada de potencial", para este es necesario un medidor porttil de resistencias a

tierra para pequeas y medianas puestas a tierra.

Para comprender mejor la medicin de puesta a tierra, es necesario conocer la distribucin

de potencial entre dos electrodos enterrados y separados cierta distancia, como se ilustra en

la figura 1 y la distribucin en un solo electrodo enterrado, la cual se ilustra la figura 2.

Figura 1. Distribucin de potencial entre dos electrodos enterrados.


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Figura 2. Distribucin de potencial en electrodo enterrado.

Si se toman los electrodos como semicirculares, las curvas de la figura 1 y 2 se pueden

expresar como sigue:

= xx

IVpt

11

2

(Ec. 1)

La ecuacin 1 es vlida para la curva de la figura 1.

x

IVpt

2= (Ec. 2)

La ecuacin 2 es vlida para la curva de la figura 2.

Donde:

= Resistividad del terreno en ( )m

=I Corriente a travs de los electrodos en (A)


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=xx, Distancias entre los electrodos en (m)

Como se observa en la figura 1, el potencial pasa por cero, lo cual no ocurre en la figura 2,

donde el potencial cero se consigue a una distancia y idealmente infinita.

2.2 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN TELURMETRO

El telurmetro es el instrumento utilizado en la medicin de resistencias de puesta a tierra,

pueden existir diferentes estilos pero en esencia el circuito equivalente del aparato es el

mismo para todos, con unas ligeras variaciones, el circuito equivalente es esencialmente el

presentado en la figura 3.

Figura 3. Circuito equivalente del telurmetro.

Si se vara la resistencia xR para que la tensin desde dada por el galvanmetro G sea nula

se tiene:


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xpt nIRV = (Ec. 3)

pt

pt

x RnI

VR == (Ec. 4)

Donde:

=ptV Tensin de puesta a tierra.

=ptR Resistencia de puesta a tierra.

=n Relacin de transformacin del transformador de intensidad.

Entonces la resistencia fijada por xR , es la resistencia de puesta a tierra. Como se observa

en la figura 1, si la distancia entre E y C es bastante grande, cerca del centro de esta

distancia aparece una zona de bajo gradiente de potencial, pero s se clava un electrodo p

cerca del centro entre E y C, la cada de tensin ser muy similar a la de la ecuacin tres,

pero variando xR .

EPpt VV = ; xEP nIRV = (Ec. 5)

Por otro lado, si la distancia entre E y C no es suficiente, el rea equipotencial no aparece

como la curva de la figura 1, lo que dificulta la medicin. Generalmente la distancia

recomendada aproximada para electrodos de mayor tamao deber ser como mnimo 5 o

ms veces su longitud.

Generalmente los telurmetros utilizan ms fuentes de medicin ( 0V ) alternas (senoidal o

cuadrada), para evitar la polarizacin entre los electrodos y la tierra (fenmenos

electrolticos) suministrando lecturas errneas, por el uso de fuentes de corriente continua

como 0V , la resistividad del terreno es una de las variables ms influyentes sobre la


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medicin de la resistencia de puesta tierra, sta usualmente debe ser baja. Existen casos

donde la resistividad es muy alta, y es en estos donde se preparan tierras qumicamente,para disminuir considerablemente la resistividad de los terrenos que servirn como

emplazamiento de una puesta a tierra en particular. En la tabla 1, se muestran algunas

resistividades especficas medias de distintos terrenos.

Tabla 1. Valores medios de algunas resistividades especficas de la tierra.

Clases de suelo

Piso

pantanoso

Piso

arcilloso

Arena

hmeda

Grava

hmeda

Arena o

grava seca

Piso rocoso

Resistividad especfica

( )m 30 100 200 500 1000 3000

2.3 REQUISITOS PRELIMINARES

Conocimiento del manual de instrucciones del telurmetro (KYORITSU Mod 4102,ERASMUS ERT-1000) a utilizar, mostrado en la figura 4.

Conocimiento de las resistividades de diferentes terrenos y tierras preparadas parapuestas a tierra.

2.4 PRECAUCIONES

Para el Telurmetro anlogo:

No toque con las manos las terminales E y C o E y P, puesto que entre estas sepresenta un voltaje de 130 VDC durante la medicin o cuando el botn

SIMPLIFIED MEAS est presionado, tambin el voltaje se presenta entre P y C

cuando el botn BATT OFF CHECK est presionado.

Despus de usar el medidor presione el botnBATT OFF CHECK para desactivarlos dems botones y no causar daos posteriormente.

Cuando se conecten los cables a las respectivas terminales, procure que stos no estnentrelazados entre s y que se mantengan separados durante la medicin puesto que


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las medidas pueden verse afectadas por inducciones de voltaje o corriente.

Utilic guantes y zapatos aislantes (preferiblemente de suela de goma) y sea an msestricto para mediciones en terrenos hmedos.

Procure desconectar el electrodo del sistema elctrico bajo prueba, y retirar toda clasede metales enterrados paralelamente a la direccin de prueba.

Revise que el aislamiento de los cables de conexin al instrumento estn en ptimascondiciones.

Antes de utilizar las barras srvase ensear las conexiones al profesor de la asignatura.

2.5 AUTOEXAMEN

a. Por qu es necesaria la medicin de resistencia de puesta tierra?b. En qu consiste el mtodo de cada de potencial para la medicin de resistencia de

puestas a tierra?

c. Qu quiere decir, bajo gradiente de potencial?d. Qu fenmenos electrolticos aparecen para uso de corriente continua con 0V ?e. Qu es la resistividad especfica de un terreno y cules variables incluyen en ella?

3. MATERIALES Y EQUIPOS

Tabla 2. Equipos.

Cantidad Elemento Observacin

1 Telurmetro Anlogo de tres terminales KYORITSU Mod. 4102

1 Telurmetro Digital de cuatro terminales ERASMUS ERT-1000

Tabla 3. Materiales.

Cantidad Elemento Observacin

3 Barra o varilla delgada de cobre 1.5 m de longitud

1 Decametro

1 Martillo


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4. PROCEDIMIENTO

4.1 MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD APARENTE DEL TERRENO- MTODO

WENNER1

1) Use el telurmetro digital, y realice el montaje de la figura 4, enterrando las cuatropicas separadas inicialmente a una distancia a de 1 m (un metro) entre ellas, con

cuidado de no daarlas si el terreno presenta piedras superficiales o est muy duro.

Figura 4. Conexin del telurmetro- Mtodo Wenner.

2) Una vez conectadas las picas, realice la inyeccin de corriente al sistema,manteniendo pulsado el botn TEST, del telurmetro, un tiempo prudente

mientras se estabiliza la medida.

3) Consigne los datos en una tabla cuyo modelo es el de la tabla 4.4) Separe las picas a distancias a de 2m, 3m, 4m, 5m, 6m, 7m. y repita el

procedimiento descrito en lo numerales 2 y 3.

4.2 MEDIDA DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA

4.2.1 Telurmetro Digital

1 El Telurmetro anlogo al ser un dispositivo de tres terminales solo va a permitir medir la resistencia depuesta a tierra


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1) Emplee el cable rojo de tres terminales, diseado para unir los bornes de corriente ytensin, y realice el montaje de la figura 5, realizando una separacin de los C 1-P1con C2, de 15 m.

Figura 5. Conexin del Telurmetro.

2) Para construir la curva de cada de potencial, clave la pica de potencial P2 adistancias de 1 y tome las lecturas correspondientes a cada una de estas

separaciones y consigne sus valores en una tabla cuyo modelo es la tabla 5.

3) Para la regla del 63%. Estime el 62% de la separacin de los electrodos C 1-P1 conC2, entierre el electrodo P2 a esta distancia y mida el valor de ptR ().

4) Para el mtodo de la pendiente, entierre el electrodo P2 a las distancias correspondientes al20% , 40% y 60% y a cada distancia, mida el valor de

ptR (), consgnelo en la tabla 6.

Obtenga el valor de y luego el valor de k de la tabla 39 suministrada por el docente.

Entierre el electrodo P2 a esta distancia y mida el valor de ptR ().

4.1 Telurmetro Anlogo:

1) Verifiqu las condiciones de uso de la batera del telurmetro a utilizar, presionando elbotn BATT OFF CHECK, si la aguja se flecta hasta la posicin GOOD, est en

buenas condiciones, sino sucede, se deben reemplazar las bateras.


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2) Ajuste del cero de la aguja del medidor destapando el tablero plstico y girando eltornillo de ajuste con un destornillador, hasta lograr que la aguja se detenga justamenteen el cero de la escala, como se observa en la figura 7.

Figura 6. Telurmetro KYORITSU Mod 4102.

Fuente: INSTRUCTION MANUAL, KYORITSU EARTH RESISTANCE TESTER, MODEL 4102 Kyorytsu

electrical instruments works, ltda. Tokyo, Japon.

Figura 7. Ajuste de cero del Telurmetro.



3) Realice el montaje de la figura 5 (o bien la figura 8), y repita los procedimientos 2 a 4,realizados para el telurmetro digital.

4) Consigne los valores en las tablas indicadas.


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5) Para realizar las mediciones oprima el botnBATT OFF CHECK, si la bombillaOK se ilumina, las conexiones P y C estn correctamente instaladas y la resistencia atierra est dentro del lmite de tolerancia de menos de 20 k, para este aparato. Si la

bombilla no ilumina, el terreno puede estar por encima del nivel posible de medicin o

los cables de conexin, rojo y amarillo estn daados o mal instalados, si la resistencia

en este terreno es mayor a la tolerancia cambie de escenario o humedezca el terreno y

nuevamente conecte todo el sistema anteriormente descrito. ste sistema no se debe

conectar en terrenos asfaltados o demasiado pedregosos y/o arenosos.

Figura 8. Conexin del telurmetro a las barras e,p y c.



6) El telurmetro anlogo permite adems determinar la tensin de puesta a tierra, cuandotoda la instalacin se encuentre en condiciones ptimas. Esto se hace presionando el

botn ACV, ste voltaje es indicado por la aguja sobre la escala de voltios Vy debe

ser menor a 10 voltios para proceder a la medicin de la resistencia de puesta tierra, de

no ser as arrojara mediciones errneas. Para reducir dicho voltaje se debe aislar todo el

sistema de prueba, de equipos elctricos adyacentes a la misma o verificar que no se

encuentren objetos metlicos extraos a lo largo de la direccin de las barras e, p, c.


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Luego que esto ocurra mida el voltaje para la distancia elegida y consigne los resultados

en la tabla 4, pero adicinele una columna de tensin.

5. TOMA DE DATOS

Tabla 4. Lecturas de voltaje y resistencia de puesta tierra.

N Longitud e-p (m) Longitud e-c (m) ptR ()1

2

3

4

5


N Longitud entreC1-P1 y P2 (m)

ptR ()

1

2

3

4

5


NLongitud entre

C1-P1 y C2 (m)R pt

R ()

1 20% - 1R

2 40% - 2R

3 60% - 3R


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6.CARACTERISTICAS A OBTENER

6.1 MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD APARENTE DEL TERRENO- MTODO

WENNER

Con los valores obtenidos en el numeral 4.1, dibuje una curva de:

1) Resistividad aparente del terreno ( [ ]m= ) vs. Distancia.2) Obtenga el valor promedio de la Resistividad aparente del terreno y comprela con

la tabla 1, y deduzca que tipo de terreno es.

6.2 MEDIDA DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA

Con los valores obtenidos en el numeral 4.2, tanto para el telurmetro digital como para el

anlogo dibuje una curva de:

1) Cada de potencial ( [ ]=ptR ) vs. Distancia.2) Obtenga el valor de [ ]=ptR , para la parte plana de la curva (variabilidad inferior

al 1%)

3) Para la regla del 62%, enuncie que valor se obtuvo.4) Para le mtodo de la pendiente, enuncie que valor se obtuvo.5) Compare los tres valores obtenidos por los tres mtodos mencionados y diga que

tan cerca est ptR

6) Construya una grfica de tensin de puesta a tierra vs distancia, para lasmediciones hechas con el telurmetro anlogo, si este permiti hacer la medicin.

7. CUESTIONARIO


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1. Por qu es tan importante el clculo de las tensiones de paso y de contacto en unamalla de puesta a tierra?

2. Que norma tcnica enuncia las tcnicas de medicin de puesta a tierra y las tcnicasde diseo de mallas de tierras.

3. Describa las tierras preparadas qumicamente, para puestas a tierra y suministreaplicaciones, ventajas y desventajas de cada una de ellas. Realmente sirven?

4. Cmo es la distribucin de voltaje y resistencia de puesta tierra, segn las curvasobtenidas? Justifique su respuesta.

5. Cmo se podran mejorar los resultados en las mediciones realizadas?6. Si tuviese que realizar una puesta tierra de un equipo elctrico en particular, dnde

clavara el electrodo, cerca o lejos de dicho equipo?, por qu?

7. Describa el procedimiento para determinar la resistividad especfica de un terreno.

BIBLIOGRAFIA

BOLTON, Bill. Mediciones y pruebas elctricas y electrnicas. Barcelona, Espaa :

Maracaibo S.A., 1995.

COOPER, W. HELFRICK, A. Instrumentacin electrnica y tcnica de medicin, caps 1 y

2. New York : Englewood cliffis Prentice Hall, Inc, 1985.

INSTRUCTION MANUAL, KYORITSU EARTH RESISTANCE TESTER, MODEL4102 Kyorytsu electrical instruments works, ltda. Tokyo, japon. 12p.

M, Richard. SMITH, F. WOLF, stanley. Gua para mediciones electrnicas y practicas de

laboratorio. Mexico : Prentice Hall, 1992.

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