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Prueba a sistema de tierra para bajaresistencia
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Extracto de: EC&M magazine, Octubre, 1997
POR: Burton N. Brooks
La mayoría de las instalaciones eléctricas comerciales e industriales actuales necesitan sistemas de tierra de bajo
valor ohmico (menor de 25 ohms) para proteger a los equipos altamente sensibles, para gran variedad de usos:
manufactura, telecomunicaciones, bancos, sistemas de control de tráfico, prisiones, granjas, tiendas
departamentales, etc. Los fabricantes de equipo electrónico sensible exigen sistemas de tierra de bajo valor ohmico
como condicionante para otorgar su garantía de operación.
Primero tome lecturas, luego diseñe
· • Aísle el electrodo de tierra del neutro de la acometida general para una lectura confiable.
· • Coloque la punta de prueba a una distancia suficiente para escapar de la esfera de influencia del electrodo más
lejano, ó
· • Coloque la punta de prueba de mayor corriente a un mínimo de 30 m, 3 veces la profundidad del electrodo, o 3
veces la diagonal del sistema bajo prueba.
Si el electrodo no obtiene el valor requerido, debe llevar a cabo pruebas de resistividad del suelo, que le dará la
información que necesita para construir un sistema de tierra seguro. IEEE 142-1991, puesta a tierra de sistemas de
fuerza industriales y comerciales, (the green Book), recomienda que la resistividad del terreno debe ser investigada
con el proceso de diseño. La prueba de resistividad del suelo mide la conductividad del mismo, el cual varía de
acuerdo a factores como la humedad, temperatura y alcalinidad. Debe considerar el tipo de suelo, arena, roca,
arcilla, etc. Realice cuando menos 3 pruebas a la máxima profundidad posible. Mientras más muestras tenga, más
exacto será su diseño.
Frank Wenner del buró de normalización efectúo pruebas de resistividad del suelo en 1915. El procedimiento
consiste en enterrar 4 puntas de prueba (electrodos) separados a la misma distancia en línea recta. La profundidad
de los electrodos es 1/20 la longitud entre ellos.
La zona de Nueva Inglaterra en Estados Unidos es un dramático ejemplo de cómo pruebas avanzadas permiten a
los instaladores construir un sistema de tierras que mejor convenga a la instalación en particular. Un lugar típico en
Nueva Inglaterra satisface sus requerimientos de puesta a tierra al colocar 6 varillas de 20 pies ó bien una varilla de
120 pies, obteniendo valores en el rango de 5 a 25 ohms. Electrodos de 20 pies, los cuales alcanzan temperaturas
estables y humedad constante otorgan mucho mejor protección que las varillas de 10 pies.
Sin embargo en algunas ocasiones, los sistemas típicos de puesta a tierra tipo reja no son suficiente. En el Monte
Washington en New Hampshire se encuentran 3 estaciones de televisión, 2 estaciones de radio, un observatorio,
equipo telefónico y docenas de estaciones repetidoras, figura 1. Las descargas electrostáticas inducidas por la
nieve, el viento y las auroras boreales son frecuentes. Las descargas atmosféricas son masivas.
Fig. 1. La instalación del sistema de tierra incluye 2 perforaciones de 600 pies de profundidad y 6" de diámetro con
una separación entre ellos de 125m Las perforaciones fueron selladas con una lechada de bentonita conductiva, no
contaminante, apoyada por la Comisión Ambiental Estatal. Todas las conexiones fueron hechas con cable de cobre
calibre 500 kcm alojados en tubería conduit rígido de PVC, minimizando la resistencia debido al congelamiento y
protegiéndolo contra la corrosión..
 
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De acuerdo a Dick Cushman, ingeniero en jefe, de lo que es conocido como "La casa del peor clima del mundo", ya
no hubo mas problemas debido a fallas eléctricas, el sistema se pagó en un año.
Un ejemplo más específico es el sistema de tierra de Unitrode Integrated Circuit
Unitrode Integrated Circuit, es una planta manufacturera de semiconductores, colocada sobre un manto de arena
de 900 ohm metro de resitividad, con agua a 9 pies de profundiad. Se colocaron 4 electrodos de 340 pies que
independientemente obtuvieron lecturas de 6 ohms, ya interconectados, la resistencia fue de 2 ohms.
Mire todo el panorama
Cuando diseñe su sistema, combine las pruebas de resistividad del suelo y el electrodo con otras consideraciones,
incluyendo:
· El valor del equipo a proteger
· La frecuencia de las descargas atmosféricas
· La trayectoria de los conductores en el inmueble y las condiciones para que la conexión sea permanente y
continua
· La capacidad necesaria para conducir cualquier corriente en forma segura
· Elevación de tensión de acuerdo a las especificaciones del fabricante
Método directo. Puede utilizar instrumentos de prueba de 3 ó 4 terminales para realizar estas mediciones. Realice
los puentes de acuerdo a lo que se indica en la figura 3
Nota de precaución en pruebas de resistencia a tierra: Para obtener datos significativos, siempre tome las lecturas
en un día "típico", no en un día especialmente seco o húmedo. Siempre tome las lecturas en el lugar donde va a
colocar los electrodos, la resistividad del suelo puede variar aún en pequeñas áreas geográficas.
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Fig. 3b Método de caída de potencial
Coloque un electrodo adicional alejado del electrodo de prueba y después coloque el electrodo de potencial auxiliar
dentro del suelo a varios intervalos entre los electrodos de prueba y de corriente. Tome las lecturas de resistencia
en cada intervalo
Fig. 3c Método de caída de potencial
El método de 62% (recomendada por IEEE Standard 1100-1992) permite medir y compensar la resistencia del
electrodo de prueba hacia tierra. Esto representa las lecturas tomadas de un medidor de tierra para determinada
resistencia de tierra durante una prueba de caída de potencial a tres puntos. La gráfica muestra las lecturas de
resistencia vs las distancias entre el electrodo de prueba y el electrodo auxiliar de potencial
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Número, Colocación y tipo de electrodos
Muchos asesores de sistemas de tierra utilizan programas de cómputo especiales como ayuda en el sistema del
diseño de tierra. Con el valor de las lecturas de resistencia obtenidas, el programa determina las condiciones del
suelo en el sitio de interés. También da información sobre el número, lugar y tipo de electrodo necesario. Por
supuesto, el programa de cómputo no tiene idea como es el terreno ni los obstáculos que existen para colocar los
electrodos. Las pruebas indican que el lugar requiere varios electrodos colocados en forma de reja o que un
electrodo deberá ser enterrado a cierta profundidad.
Hincar electrodos a 10 pies de profundidad y realizar una excavación entre ellos para las conexiones puede ser
caro e inútil. En zonas de alta resistividad es mejor utilizar un solo electrodo profundo que dé la protección
requerida.
La colocación incorrecta de los electrodos puede degradar la efectividad del sistema. Si esta localizado al lado de
una colina, la esfera de influencia se extiende al aire perdiendo parte de su valor de cálculo. Colocar varillas mas
cerca que su radio, perderá algo de efectividad. Si coloca electrodos bajo un área pavimentada, experimentará un
efecto adverso en el valor del sistema de tierra debido a la reducción de humedad.
La mayoría de los electrodos de barra utilizados son revestidos de cobre, galvanizados y de acero.
Aproximadamente el 70% de los usuarios en los Estados Unidos instalan varillas de acero revestidos de cobre.
Excepto por un pequeño porcentaje que utiliza varillas galvanizadas. Investigaciones recientes indican exceso de
corrosión sobre las varillas cuando son de acero.
Un cuarto tipo de electrodo es el químico. Un sistema bien diseñado puede reducir, si no es que eliminar los daños
causados por rayos. El primer paso es determinar la frecuencia de los rayos en el área de interés.Considere la
instalación de aparta rayos. Ya que no es posible detener o prevenir un rayo, la meta es enviar de manera
controlada la energía de rayo a tierra.. Todos los fabricantes de equipo de protección contra rayos recomiendan una
trayectoria a tierra de 5 ohms o menos.
 
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