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Pruebas a sistemas de tierras

Pruebas a sistemas de tierras

Los sistemas de tierras como elementos de una subestación, deben inspeccionarse y recibir mantenimiento. El objetivo de una conexión a tierra es proveer un medio para facilitar el flujo de la corriente del sistema de potencia a tierra en condiciones normales y condiciones de falla; la oposición que se presenta a la circulación de esta corriente se llama resistencia de tierra. Las características de una conexión a tierra, varían con la composición y el estado físico del terreno, así como de la extensión, calibre del conductor y configuración de la malla de tierras. El terreno puede estar formado por combinaciones de materiales naturales de diferente resistividad, puede ser homogéneo y en algunos casos estar formado por granito, arena o roca; etc. Consecuentemente, las características de una conexión a tierra (resistencia óhmica), varían con las estaciones del año, y se producen por cambios en la temperatura, contenido de humedad (sales solubles en los estratos) , composición y compactación del terreno.
La construcción de redes de tierra tiene por objeto reducir la resistencia de tierra; la cual está formada por un conjunto de conductores enterrados a una profundidad de 30 a 50 centímetros, formando una configuración cuadriculada y conectados(mediante soldadura cadwelld) entre si y a varillas (electrodos) de 3 metros de longitud.
Todo el equipo eléctrico y estructuras metálicas instalados en la subestación deben estar sólidamente conectado a esta malla de tierras.
Las funciones de la red de tierras son las siguientes:
a) Proporcionar un circuito de muy baja impedancia, para conducir o drenar a tierra las corrientes producidas por sobretensiones.
b) Evitar que durante la circulación de corrientes de falla a tierra, puedan producirse diferencias de potencial entre distintos puntos de la subestación que puedan ser peligrosos, y que pongan en riesgo la seguridad del personal.
c) Brindar una referencia de potencial "cero" durante la operación del sistema eléctrico, como lo hace para las conexiones de los neutros de equipos eléctricos conformados por devanados, evitando sobrevoltajes que pudieran resultar peligrosos para los mismos y para el personal.
d) Conexiones a tierra que se realicen temporalmente durante maniobras o mantenimiento de la instalación.
e) La disponibilidad de una conexión a tierra para protección contra descargas atmosféricas.
f ) Facilitar la operación de los dispositivos de protección para la liberación de fallas a Tierra.

MÉTODO DE CAÍDA DE POTENCIAL PARA MEDICIÓN DE RESISTENCIA ÓHMICA EN UN SISTEMA DE TIERRAS.

Las mediciones de resistencia tienen por objeto establecer el valor real de la resistencia de tierra de la red. El medidor de uso común para la prueba de resistencia de tierra es el óhmetro de tierras. Este método involucra la utilización de dos electrodos auxiliares uno de potencial y otro de corriente. El electrodo de corriente se usa para hacer circular una corriente de magnitud conocida a través del sistema de tierra, y medir la influencia de esta corriente en términos de diferencia de potencial; la relación V/ I dará el valor de resistencia. El medidor consta de 4 terminales (C1, C2, P1 Y P2). La prueba se efectúa mediante la técnica de los tres puntos, en el cual dos terminales (P1 C1) del aparato de prueba se puentean para conectarse directamente al electrodo de la red de tierras que se pretende probar. La terminal de potencial (P2) se conecta al electrodo de potencial P2 y la terminal de corriente (C2) al electrodo de corriente C2 (ver figura No. 16.1). Las varillas de prueba P2, C2 deberán clavarse a una profundidad de 50 a 60 cm. aproximadamente. La distancia (d) del electrodo bajo prueba de la red de tierras al electrodo de potencial (P2) se va variando y en cada punto se toma una lectura de resistencia (R). Se recomienda iniciar con una distancia d= 5 mts. Puede aumentarse o disminuirse este valor (3, 6, 10 mts.) de acuerdo con el criterio de la persona que efectúa la prueba, considerando siempre obtener los puntos coordenados (d, R) suficientes para trazar la curva. La distancia (L) a la que se clavará el electrodo de corriente (C2) es igual a 4D y se calcula partiendo del círculo equivalente de la superficie que cubre la red de tierras. Generalmente la superficie es rectangular, por lo que se tiene:

Esta distancia es una longitud de referencia, por lo que en la práctica y de acuerdo con la experiencia de campo puede llegar a ser menor o mayor de 4D. Para subestaciones al entrar en operación y desenergizadas es recomendable antes de efectuar la medición de la malla de tierra, para verificar que haya continuidad y no se encuentra fracturada la maya o red Los valores obtenidos de resistencia se grafican contra la distancia (d), como se muestra en la fig. No. 16.2. En esta curva, la parte plana u horizontal, nos indica la resistencia real (Rt) de la red de tierras que se ha probado. En la práctica no se tiene uniformidad de lecturas de (R) por lo que al graficar los resultados se trazarán la curva de tal manera que pase por el mayor número de puntos. En cada punto tendrá sus coordenadas (R, d).

MÉTODO DEL 62% PARA MEDICIÓN DE SISTEMAS DE TIERRA.

Este método se ha adoptado en base a consideraciones gráficas. Es confiable dado su principio de operación, tal como se describe en la figura No. 16.3. Este método se aplica únicamente cuando los tres electrodos están en línea recta y la "tierra" es un solo electrodo, tubería o placa. Dependiendo de la longitud del electrodo, se especifica la distancia del electrodo de potencial (P2) el electrodo de corriente (C2). La resistencia real del electrodo de puesta a tierra es igual al electrodo de resistencia medida cuando el electrodo de potencial se localiza al 61.8 %(también conocida como 62%) de la distancia del electrodo de corriente, partiendo del electrodo de tierra. Generalmente en Comisión Federal de Electricidad se utilizan electrodos (varillas de tierra) de tres metros de longitud y un diámetro de 19 mm. Por lo anterior la distancia del electrodo de prueba al electrodo de potencial es de 18 metros y la distancia del electrodo bajo prueba al electrodo de corriente es de 30 metros.

MÉTODO DE MEDICIÓN UTILIZANDO PROBADOR DIGITAL DE GANCHO.

Este equipo es versátil y practico, para realizar mediciones de resistencia de la red de tierras, obteniéndose los valores directamente.

MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD DEL TERRENO.

La resistividad del terreno está en función del tipo de compactación, contenido de humedad y sales solubles en los estratos. La resistividad es el inverso de la conductividad. La resistividad es una forma indirecta, rápida y práctica de valorar las condiciones del terreno, que se utiliza tanto para los diseños de redes de tierra y estudios de protección Debido a que existen variaciones en el sentido horizontal y vertical en la composición del suelo, es conveniente realizar las pruebas de campo en varios lugares del terreno. Debido a la variación de la humedad del terreno, la lectura de resistividad no es constante, por lo tanto el valor de la resistividad solo es verdadero para el momento de la medición.

MÉTODO DE WENNER PARA LA MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD DE TERRENO.

Para medir la resistividad del terreno, normalmente se utiliza el método de Wenner o de los cuatro electrodos, haciendo una cuadrícula del terreno y realizando varias mediciones con separación variable entre los electrodos. Este método consta de cuatro electrodos de pequeñas dimensiones dispuestos en línea recta, siendo los dos electrodos interiores de potencial y los dos exteriores de corriente. Las mediciones deben realizarse principalmente sobre las diagonales del terreno, como se muestra en la figura 16.4. Sobre las líneas trazadas en el terreno (cuadrícula o rectangular) se deberá variar la distancia entre los electrodos, como se muestra en la fig. 16.4 partiendo siempre del centro del terreno. Es conveniente que la lectura se tomen variando la distancia entre los electrodos, incrementando la separación inicial, en intervalos de 1.6 metros hasta cubrir el área del terreno.

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