metrología eléctrica informe - medición de resistencia de puesta a tierra

8/2/2019 Metrología Eléctrica Informe - Medición De Resistencia De Puesta A Tierra

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Universidad Pedagógica Y Tecnológica De Colombia

Seccional Duitama METROLOGÍA ELÉCTRICA

Escuela De Ingeniería Electromecánica

MEDICIÓN DE RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA

WILSSON URIEL PÉREZ VALERO

WILMER ALBARRACÍN PIRACHICAN

JERSON ALBERTO PÉREZ

RICARDO ALONSO ESTEPA ESTUPIÑÁN

JASSON RICARDO DÍAZ LEON

ING. EDGAR EFRÉN TIBADUIZA

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA

INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

DUITAMA

2011






INTRODUCCIÓN

La finalidad de poner a potencial de tierra, cualquier equipo o estructura metálica es de

extrema importancia, ya sea para su funcionamiento como para la prevención de

accidentes graves debido a descargas eléctricas ocasionadas por fallas en los equipos y

que de no existir una puesta a tierra con suficiente calidad, estas descargas podrían

realizarse a través del cuerpo de una persona ocasionándole graves daños.

Es por esto que se mide la resistividad del terreno, para utilizar los datos obtenidos en la

medición, en el diseño de una puesta a tierra eficaz; la cual luego de elaborada y puesta

en funcionamiento, es evaluada midiendo la resistencia de puesta a tierra, para ver si

cumple con las expectativas de diseño.

OBJETIVOS

Medir la resistividad eléctrica de un terreno por medio del telurímetro.

Medir la resistencia de una puesta a tierra.

Comprender el funcionamiento de los instrumentos utilizados en este tipo de

mediciones.

Entender la finalidad de una puesta tierra, como sistema de seguridad.






GENERALIDADES

MEDICIÓN DE RESISTENCIA DE PUESTA TIERRA

Información del Telurímetro

Figura 1. Telurímetro ERASMUS ERT 100.

Especificaciones

Función Rango Máxima resolución Exactitud

Resistencia a tierra 10Ω/100Ω/1000Ω/ 0.01Ω/0.1Ω/1Ω ±3%rdg

Voltaje AC 750V 1V ±1.2%rdgVoltaje DC 1000V 1V ±0.8%rdg

Resistencia 200KΩ 0.1kΩ ±1.0%rdg






RESISTIVIDAD DEL SUELO

La resistividad eléctrica (ρ): Es la relación entr e la diferencia de potencial en un

material y la densidad de corriente que resulta en el mismo. Numéricamente es la

resistencia ofrecida en un metro cubico, medida entre dos caras opuestas. Su

magnitud se expresa en (Ohm-m) o (Ohm-cm).

Uno de los métodos más usados es el de 4 puntos Wenner. Utiliza un medidor de

resistencia del terreno de 4 electrodos, requiere la inserción de cuatro puntas en

la zona de prueba. Las puntas se instalan en una línea recta y equidistante, estas

puntas de prueba establecen un contacto eléctrico con la tierra. El medidor de

prueba de cuatro puntos inyecta una corriente constante a través de la tierra (un

material resistente) desarrolland o una diferencia de potencial.

El medidor entonces sabe la cantidad de corriente que esté atravesando la tierra

y la caída de voltaje a través de las dos puntas de prueba de centro. Este valorexhibido de la resistencia está en ohmios y se debe convertir a ohmio-metro, que

son unidades de medida para la resistencia del suelo.

Para convertir de los ohmios exhibidos a ohmio-metro, la lectura del medidor es

multiplicada por 1.915 y el resultado es multiplicado las veces del espaciamiento

de la punta de prueba. A continuación se muestra la fórmula de cálculo.

p (ohmios-m)= 1.915xRxAp= resistividad del suelo en ohm-metros (Ω-m).1.915 constantesR= Lectura digital en ohmios (Ω). A= distancia entre electrodos in ft (pies).






RESISTIVIDAD TÍPICA DEL TERRENO.

Existen casos donde la resistividad es muy alta, y es en estos donde se preparan tierras

químicamente, para disminuir considerablemente la resistividad de los terrenos

que servirán como emplazamiento de una puesta a tierra en particular. En la tabla 1,

se muestran algunas resistividades específicas medias de distintos terrenos.

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

Clases de suel o

Piso

pantanos

Piso

arcilloso

Arena

húmeda

Grava

húmeda

Arena o

grava

Piso

rocoso

Resistividad

específica 30 100 200 500 1000 3000

REQUISITOS PRELIMINARES

Verificar el perfecto estado del equipo y los elementos a utilizar.

Conocimiento del manual de instrucciones del telurímetro.

Conocimiento de las resistividades de diferentes terrenos y tierras preparadaspara puestas a tierra.






PRECAUCIONES

No toque con las manos las terminales E1 y E 2 o P 1 y P2, puesto que entre

estas se presenta un voltaje de 1000 VDC durante la medición o cuando

el botón “TEST” está presionado.

Cuando se conecten los cables a las respectivas terminales, procure que éstos no

estén entrelazados entre sí y que se mantengan separados durante la medición

puesto que las medidas pueden verse afectadas por inducciones de voltaje o

corriente.

Utilice guantes y zapatos aislantes (preferiblemente de suela de goma) y sea aún

más estricto para mediciones en terrenos húmedos.

Procure desconectar el electrodo del sistema eléctrico bajo prueba, y retirar toda

clase de metales enterrados paralelamente a la dirección de prueba.

Revise que el aislamiento de los cables de conexión al instrumento están en

óptimas condiciones.

Antes de utilizar las barras sírvase enseñar las conexiones al profesor de la asignatura.






AUTOEXAMEN

a. ¿Por qué es necesaria la medición de resistencia de puesta tierra?

Para saber si la puesta a tierra se encuentra dentro de los limites de resistencia

establecidos por la norma.

para verificar la existencia de fallas en una instalación en general.

La medición también nos puede indicar si la puesta a tierra cumple con las

expectativas de diseño.

b. ¿En qué consiste el método de caída de potencial para la medición de resistencia

de puestas a tierra?

Como en todo método de medición de resistencia se usa un telurímetro, en este caso uno

digital; El principio básico de este método es la inyección de una corriente directa o de

baja frecuencia a través de la tierra entre los dos electrodos P1 y P2, mientras que el

potencial que aparece se mide entre dos electrodos E1 y E2. Estos electrodos están

enterrados en línea recta y a igual separación entre ellos. La razón V/I es conocida como la

resistencia aparente. La resistividad aparente del terreno es una función de esta

resistencia y de la geometría del electrodo.

c. ¿Qué quiere decir, bajo gradiente de potencial?

El gradiente de potencial es la relación que da el valor de un campo eléctrico en cualquier

punto del aislamiento, en función de la posición de este punto.

Un bajo gradiente refiere a la influencia de una alta resistencia al paso de la corriente

afectando el potencial aplicado.






d. ¿Qué fenómenos electrolíticos aparecen para uso de corriente continua con V 0?

La resistividad del suelo es determinada principalmente por su cantidad de electrolitos;

esto es, por la cantidad de humedad, minerales y sales disueltas. Por esta razón la

resistividad de la mayoría de los suelos aumenta abruptamente cuando el contenido de

humedad es menor al 15%.

La presencia de estas sustancias además de incidir en la resistividad, también afectan los

electrodos de descarga, al existir tensión y flujo de corriente continua se puede producir

desprendimientos de iones, oxigeno en su mayoría los cuales causan corrosión.

e. ¿Qué es la resistividad específica de un terreno y cuáles variables incluyen en ella?

Representa la resistencia específica del suelo a cierta profundidad, o de un estrato del

suelo; se obtiene indirectamente al procesar un grupo de medidas de campo; su magnitud

se expresa en (Ohm-m) o (Ohm-cm), es inversa a la conductividad. La resistividad eléctrica

(ρ): Es la relación entre la diferencia de potencial en un material y la densidad de corriente

que resulta en el mismo. Es la resistencia específica de una sustancia. Numéricamente es

la resistencia ofrecida por un cubo de 1m x 1m x 1m, medida entre dos caras opuestas.

MATERIALES Y EQUIPOS

Telurímetro.

Electrodo (como puesta a tierra).






PROCEDIMIENTO

Verifique las condiciones de uso de la batería del telurímetro a utilizar.

El dispositivo cuenta con cuatro salidas respectivamente E1, E2, P1 y P2, mientras

medimos la resistividad del terreno se genera entre E1 y E2 una tensión equivalente a los

1000VDC o 750VAC, mientras que fluye una corriente de P1 a P2 proporcional a la

resistencia del terreno.

Detalle de los puertos de conexión del dispositivo

Elija un terreno amplio y uniforme, luego entierre la barras de hierro, si la resistencia

del terreno es baja se deben colocar a menos de 30 metros, a unos 25 cm de

profundidad.






MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD MÉTODO WENNER DE CUATRO PUNTOS

Descripción de la distribución de las barras y sus conexiones

En la medición de la resistividad vamos a hallar la constante del terreno, para ello usamos

las cuatro barras, una de las cuales se toma como referencia y se conecta al puerto E1,

ubicamos las siguientes 3 barras a 5 metros entre si y describiendo una recta.

Las mediciones se realizan con el dispositivo sobre el suelo

Encendemos el dispositivo y lo colocamos en la escala de 100 Ω o 1000Ω según se

requiera, seguidamente oprimimos “TEST” hasta que aparezca un valor estable, para

mantener la medición usamos “HOLD”, y registramos los datos.






La tensión de las baterías no debe caer por debajo de los 9v para una medición correcta

Se repite el procedimiento anterior variando la distancia entre las barras en

intervalos de 1m, Todos los datos deben ser tomados sobre el mismo terreno y la misma

línea recta, además se realizan mediciones con distintas formaciones de las varillas.

MEDIDA DE LA RESISTENCIA MÉTODO DE LA CAÍDA DE POTENCIAL

Detalle de conexión para medida de la resistencia

Para la medida de la resistencia conectamos los puertos E1 y P1 a la var illa de referencia y

realizamos el procedimiento anterior






.

Para mejorar la medición se debe permitir que el valor que muestre el dispositivo sea estable

TOMA DE DATOS

Tabla 2 Lecturas de resistencia de puesta a tierra

Distancia [m] Resistencia [Ω] 1 2312 238

3 2414 2425 244

6 2447 2458 246

9 24810 248

11 24912 250

13 25214 25715 266






Tabla 3 Lecturas de resistividad

CARACTERÍSTICAS A OBTENER

Ahora establecemos una curva de tendencia de los datos, y hallamos la función de la

resistencia en función de la distancia.

225

230

235

240

245250

255

260

265

270

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

R e s i s t e n c

i a

(

)

Distancia (m)

Resistencia vs Distancia

Distancia [m] Resistencia [Ω] Resistividad [Ω*m] 5 207 6503,10

3 236 4448,502 208 2613,811 206 1294,34






Regla del 62%

En este procedimiento hacemos la medición de la resistencia a una distancia de:

Valor Oficial

Ahora tomamos la distancia de 9.27m y por medio de la función hallada en la regresión

para hallar un valor de r de:

Después buscamos una resistencia con el 20%, 40% y 60% de la longitud máxima (15 m).

y = -2E-05x6 + 0,0021x5 - 0,062x4 + 0,8256x3 - 5,449x2 + 18,307x + 217,4

225

230235

240

245

250

255

260

265

270

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

R e s i s t e n c i a

Distancia

Regresión

CurvaBase

Curva detendencia






Por Tabla,

Valor Oficial






CUESTIONARIO

1. Describa las tierras preparadas químicamente, para puestas a tierra y suministre

aplicaciones, ventajas y desventajas de cada una de ellas.

Cloruro de Sodio + Carbón vegetal

El Cloruro de Sodio forma una solución muy conductiva que se precipita fácilmente junto

con el agua por efecto de la percolación, capilaridad y evapotranspiración; la solución

salina tiene una elevada actividad corrosiva con el electrodo, reduciendo drásticamente

su tiempo de vida útil, la actividad corrosiva se acentúa si el electrodo es de hierro

cobreado (Copperweld).

Bentonita

Las bentonitas constituyen un grupo de sustancias minerales arcillosas que no tienen

composición mineralógica definida y deben su nombre al hecho de haberse descubierto

el primer yacimiento cerca de Fort Benton, en los estratos cretáceos de Wyoming en

1848; Aun cuando las distintas variedades de bentonitas difieren mucho entre sí en lo que

respecta a sus propiedades, es posible clasificarlas en dos grandes grupos:

- Bentonita Sódica: En las que el ion sodio es permutable y cuya característica más

importante es una marcada tumefacción o hinchamiento que puede alcanzar en algunas

variedades hasta 15 veces su volumen y 5 veces su peso.

- Bentonita Cálcica: En las que el ion calcio es permutable, tiene menor capacidad para

absorber agua y por consiguiente solo se hinchan en la misma proporción que las demás

arcillas.






Thor-Gel

Es un compuesto químico complejo que se forma cuando se mezclan en el terreno las

soluciones acuosas de sus 2 componentes. El compuesto químico resultante tiene

naturaleza coloidal, formando una malla tridimensional, que facilita el movimiento de

ciertos iones dentro de la malla, de modo que pueden cruzarlo en uno u en otro sentido;

convirtiéndose en un excelente conductor eléctrico.

Tiene una gran atracción por el agua, de modo que puede aprisionarla manteniendo un

equilibrio con el agua superficial que la rodea; esto lo convierte en una especie de

reservorio acuífero.

2. ¿Cómo es la distribución de voltaje y resistencia de puesta a tierra, según las curvas

obtenidas? Justifique su respuesta.

Teniendo en cuenta los datos de la tabla 2, podemos inferir que la medida de la

resistencia crece conforme aumenta el área sometida la diferencia de potencial, la cual se

mantuvo constante.

Este valor exhibido de la resistencia está en ohmios y se debe convertir a ohmio-

metro, que son unidades de medida para la resistencia del suelo.

Ohmímetro es la resistencia de un volumen de tierra es decir ohmios por metro

cúbico.






3. ¿Cómo se podrían mejorar los resultados en las mediciones realizadas?

Hacer que el equipamiento de protección sea más sensible y permita una rápida

derivación de las corrientes defectuosas a tierra.

Un suelo específico con concentración diferente de humedad presenta una gran

variación de su resistividad, por tanto sería recomendable realizar las mediciones en

suelos de composición uniforme.

Dos o tres lecturas constantes y consecutivas pueden asumirse como representativas

del valor de resistencia verdadero.






4. Si tuviese que realizar una puesta tierra de un equipo eléctrico en particular, ¿dónde

clavaría el electrodo, cerca o lejos de dicho equipo?, ¿por qué?

La resistencia aumenta conforme la distancia lo hace, por lo tanto si dejamos el electrodo

a una buena distancia de el equipo la corriente de fuga no podrá afectar la zona donde

este el equipo ya que el volumen de suelo opondrá una gran resistencia.

5. Describa el procedimiento para determinarla resistividad específica de un terreno.

El factor más importante de la resistencia a tierra no es el electrodo en sí, sino la

resistividad del suelo mismo, por ello es requisito conocerla para calcular y diseñar la

puesta a tierra de sistemas.

La resistividad del suelo varía con la profundidad, el tipo y concentración de sales solubles,

el contenido de humedad y la temperatura del suelo. La presencia de agua superficial no

necesariamente indica baja resistividad. Dado el impacto de éste parámetro en el valor

final de la RPT, es necesario que la resistividad del suelo en el sitio donde será ubicado el

sistema de puesta a tierra, sea medida en forma precisa.






MÉTODO DE WENNER

En 1915, el Dr. Frank Wenner del U.S. Bureau of Standards desarrolló la teoría de este

método de prueba, y la ecuación que lleva su nombre.

Con objeto de medir la resistividad del suelo se hace necesario insertar los 4 electrodos en

el suelo. Los cuatro electrodos se colocan en línea recta y a una misma profundidad de

penetración, las mediciones de resistividad dependerán de la distancia entre electrodos y

de la resistividad del terreno, y por el contrario no dependen en forma apreciable del

tamaño y del material de los electrodos, aunque sí dependen de la clase de contacto quese haga con la tierra.

El principio básico de este método es la inyección de una corriente directa o de baja

frecuencia a través de la tierra entre dos electrodos C1 y C2 mientras que el potencial que

aparece se mide entre dos electrodos P1 y P2. Estos electrodos están enterrados en línea

recta y a igual separación entre ellos. La razón V/I es conocida como la resistencia

aparente. La resistividad aparente del terreno es una función de esta resistencia y de la

geometría del electrodo

La resistividad obtenida como resultado de las ecuaciones representa la resistividad

promedio de un hemisferio de terreno de un radio igual a la separación de los electrodos.






PERFIL DE RESISTIVIDAD

Para obtener el perfil de resistividad en un punto dado, se utiliza el Método de

Wenner con espaciamientos entre electrodos de prueba cada vez mayores. Por lo general,

para cada espaciamiento se toman dos lecturas de resistividad en direcciones

perpendiculares entre sí.

Resistencia de puesta a tierra versus distancia de (P).

http://www.ruelsa.com/notas/tierras/2.1




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