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5. Medidas de la Resistencia Puesta a Tierra o de Dispersión
Aplican el Principio de Caída de Potencial, con los electrodos de medida de Potencial (P2) y de Corriente (C2),
alineados en la misma directriz rectilínea, pudiendo seguir los circuitos de Corriente (C1, C2) y de Potencial (C1, P2)
la ruta más conveniente sobre el terreno.
5.1 Disposición de Medida de la Resistencia de Puesta a Tierra
Los circuitos de medida deben alejarse de preferencia en forma perpendicular al armado lateral de la Puesta a
Tierra, en caso de ser oblicuos la distancia debe corregirse asimismo no pueden formar entre ellos un ángulo, ello
obligaría a redefinir su relación (p/d).
o El Electrodo de Corriente (C2) es fijo, el de Potencial (P2) es móvil sobre la directriz.
o La Corriente (I) crea desde (C1) y (C2) los espectros de Potenciales (V1) y (-V2)
o La suma de los espectros de Potenciales corta el eje (x) en (P2), cuando V2+(-V1)=0
o El punto (P2) resulta entonces ser representativo de la Tierra remota donde (V=0).
o Las distancias (d), (p) de medida dependen del Radio Eléctrico Equiv. (r 0) de la PAT.
o Todo ángulo entre circuitos de medida o si (h1≥5r o) en suelo biestrato, (p) se corrige.
o Condición eléctrica para la medida:I
VV
I
VR 2P1CS
o2P1CS
P2o
C121
r
1
2
IVVV : sPotencialedeDiferencia
0 V, r
1
2
I V :)(Pen y)(CenPotencial
o Bajo dicha condición se obtiene la expresión general de (R)
HomogéneoSuelodeadResistivid : r 2
Ro
o Definiendo los Potenciales desde el punto (C2), se tiene: - (Vd-p) - (-Vd)= (-Vp)
o Para cumplir en (P2) la condición (V2-V1=0) se resuelve (-Vp+Vd-p- Vd=0), que resulta en una ecuación de
Segundo Grado, cuya Raíz Positiva da la relación de distancias de los circuitos de medida de Corriente
(d=C1C2) y de Potencial (p=C1P2).
Con; p-d2I
p2
IV2
,d2
IV1
, resulta: p= 0.618d pu.
o Las medidas con dicha relación de distancias entre los circuitos de corriente (d) y de potencial (p), son
válidas como medidas aproximadas en Suelos estratificados.
o d/p=1,618=Cte (Φ) o Número de Oro que se cumple en distintas relaciones geométricas, ej: cuerda/lado o
segmentos de cruce de cuerdas de un pentágono (descubiertas por Fray. Paciolo di Borgo-1509).
r 0
V1 (+)
C1
()
C2
V2
Dispersa
I
Concentra
X
P2
I
VS
VP2=V2 - V1 = 0
P
p d
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5.2 Precisión de las Medidas a Partir de los Circuitos (I) y (V)
La precisión de las medidas exige que por el suelo no se cierren líneas de corriente en (P2), es decir que la
distancia del circuito de Corriente (d), esté en relación directa con el tamaño de la PAT representada por su Radio
Eléctrico equivalente (r 0); según lo cual:
a. La relación p=0.618(d) se puede aplicar tanto a suelos homogéneos como a suelos estratificados;
asegurando la circulación de (I) con mínimas pérdidas.
El error se verifica con el gráfico de las curvas de Medidas de (R) donde varia (p) con (P2) punto por
punto, en el intervalo de cada distancia (d) adoptada.
Las curvas (R vs p) que tienen como parámetro (d/r 0), indican que si (d/r 0>>10), siempre se puede
aplicar la relación p=0.618(d) para hallar (RT) con un error (e).
El Punto de Inflexión (PI) de cada curva, proyectado en ordenadas (R), da la Resistencia de PAT (RT)
con el error (e) que corresponde a la relación (d/r 0).
Si (d ≈ ∞) el tramo que contiene el (PI) ser ía muy grande y la relación p=0,5(d).
b. La precisión de toda medida de (RT), estará supeditada al tamaño de la relación (d/r 0)
Cuanto mayor valor tenga la relación (d/r 0), menor será el error (e) de medidas; en la práctica para (d)
muy grande, en el tramo horizontal de inflexión (e=0).
Un error de medidas aceptable puede ser (
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5.3 Distancias Para las Medidas de Resistencia de PAT
La Corriente (I) se dispersa en las PATs formando hemisferios; los armados de electrodos concentrados se
pueden representar por su Radio eléctrico equivalente (r 0), dicho criterio se cumple en forma aproximada para
armados radiales, en tales casos solo la estrategia de medidas que se aplique podrá propiciar el mínimo error.
a. Determinación del Radio Eléctrico o Hemisférico Equivalente (r 0)
Para electrodos puntuales, se le despeja al igualar las expresiones de la Resistencia Absoluta de medidas
(Ra) y de la Resistencia de Dispersión (Rd); mientras que para PATs de cobertura superficial, al igualar su
área con la superficie de un hemisferio.
Ej, para una varilla vertical se despeja (r 0) de la igualdad (Ra=Rd); donde (Ra) resulta de Medidas con
un instrumento y (Rd) está expresada en función de sus propias dimensiones (todo armado o electrodo
de PAT tiene su propia formula).
Con las dimensiones del Electrodo Vertical ( =2.4m, d=0.013m) Clavado en suelo natural o cuando
está enterrado en un pozo de diámetro (D), con relleno conductivo se obtienen las correspondientes
(r 0); para varillas clavadas se tiene:
o
eq
ar
R
2
,d
Ln
R
eq
d
4
2
De Ra = Rd , Resulta
d
4Ln
r o
, m,r o 40
- Electrodo vertical Enterrado en relleno de D=1m, r o=1.1m
- 4 varillas Clavadas en Círculo: Diám=7m, Idem , d ; r o=1.4m
- conductor en Anillo Cerrado: Diám=7m, H=0.7m, d=0,013m ; r o=1.9m
- pequeña Red con lados hasta: A=20m, B=20m; H=0.7m, d=0,013m; r o=5.0m
Ej, para armados de electrodos horizontales de gran cobertura (Redes de PAT); se pueden asimilar en
cada caso directamente a un área hemisférica (S= e²) obteniéndose (r e) o también a un área circular
con (r 0), se tendrá (r e < r o)
b.- Determinación de la Distancia Mínima (d) , Para error (< 5.0%)
Es menester que las líneas de Corriente no se cierren por (P2) para mínimo error, por ello los Estándaresrecomiendan para medidas (d ≥40 m) en PAT puntuales y (d 5 Diagonales) del área rectangular en Redes
de PAT; no obstante, también se pueden aplicar otros criterios más flexibles en función de la cobertura de la
Puesta a Tierra:
PATs Puntuales de pequeña cobertura (r o < 3m) : 20 r o < d < 30 r o
PATs Pequeñas de mediana cobertura (r o < 6m) : 15 r o < d < 20 r o
Redes de Puesta a Tierra grandes (Para todo r e) : 18 r e < d < 20 r e (mínimo)
Si el alcance del cableado del instrumento portátil según Catálogo, es menor que la distancia
Estandarizada (d40m), al medir con dicha menor distancia se comete un error (optimista) que indica
siempre Resistencias más bajas que las reales.
r
d
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5.4 Criterios Comunes para la Ejecución de Medidas de RPT
La disposición general para las medidas, considera que la PAT (C1) y los puntos (C2) de retorno de Corriente (I)
y (P2) de toma de Potencial (V), deben estar en línea recta, con sus respectivos circuitos paralelos y separados
(≥1.0m) sobre cualquier trayectoria; asimismo, que en lo posible sean perpendiculares u opuestos al armado de
la PAT.
a.- El Tendido de los Circuitos de Medida
Se hace igualmente si las instalaciones están energizadas o desenergizadas, previa verificación de
Potencial de falla a través de alta Resistencia entre masas conectadas a la PAT y puntos del suelo a 1m,
2m, 4m; en caso de hallar, primero se debe corregir
Los electrodos exploradores de Corriente (C2) y de potencial (P2) deberán tener respectivamente, baja
Resistencia de interfase y el mejor contacto con el suelo.
La comprobación del circuito de medidas, se hace verificando la corriente de medida permutando las
distancias de (I) y de (V), interesa el mayor valor de (I).
b.- Los Instrumentos y los Equipos de Medidas
Se utilizan según las características y extensión o cobertura de la Puesta a Tierra:
Los instrumentos portátiles debitan muy pequeñas corrientes (≤ 50mA), se les utiliza para medir
Puestas a Tierra puntuales, de pequeña y mediana extensión.
Los equipos compactos para fuente externa que entregan corrientes instantáneas (< 60A), se les utiliza
para anular las corrientes parásitas del suelo al medir Redes de PAT, no obstante tienen baja Potencia .
Equipo con componentes independientes y fuente externa para medidas con suministro constante (5-60A), permiten medidas estandarizadas a Redes de PAT.
c.- Medidas a Redes de PAT de Subestaciones de AT o de MT
La medida Estandarizada se hace con una fuente independiente; los instrumentos no dan valores
confiables, además exigen que la instalación esté desenergizada y se desconecten:
La conexión a Tierra de las Líneas eléctricas que se hallan (fuera de servicio).
La conexión a Puestas a Tierra periféricas de instalaciones vecinas.
Los Cables de Guarda en las llegadas/salidas (todas) de las Líneas Eléctricas.
Las chaquetas metálicas de los Cables subterráneos que llegan/salen a otra SE.
Según la corriente de medidas, los Neutros del sistema y de los subsistemas AT.
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d.- Medidas a PAT de Soportes de Líneas Eléctricas
Al utilizar instrumentos convencionales, se debe disponer el armado de PAT libre de conexión a la bajada o
a la estructura, lo cual es a veces imposible; en tales casos, se hacen las medidas con fuente
independiente. Asimismo bajo dicha condición:
La medida sin CG con la estructura metálica o el conductor de bajada (de postes) conectados a la PAT,
será viciada si el instrumento de medidas es de pequeña corriente (
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5.5 Ejecución de Medidas Aproximadas de Resistencia de Dispersión (RPT)
a.- Ejecución de Medidas de RPT a Puestas a Tierra Puntuales
Se trata de PATs de pequeña cobertura, de hasta 5 ó 6 varillas verticales enlazadas y/o segmentos de
conductor Horizontal de hasta 50m de longitud o mayores en disposición cerrada o repartida en ramas
radiales; o combinaciones de ambos.
Los valores de (RT) que se esperan hallar, oscilan e
Se pueden utilizar Telurómetros o Geómetros según las instrucciones de uso del instrumento; a menor
Corriente de medida se tendrá menor alcance.
Normalmente no se privilegia la precisión, las medidas correctas se hacen aplicando el método
aproximado (suelo homogéneo), con distancias para :
- Circuito de Corriente (I ) : C1C2 = d (Según Estándar > 40 m)
- Circuito de Potencial (VS) : C1P2 = 0.618 d
Para electrodos mixtos como en las líneas de AT, para mínimo error la distancia del circuito de
corriente (d) deberá ser de 50 m y el instrumento de 50 mA.
Las PATs de un sólo electrodo vertical clavado o en pozo, se pueden medir con distancias mínimas
del circuito de Corriente (d), de hasta 15m (e5 Diagonales o 15 r o)
- Circuito de Potencial : C1P2 = 0.618 d
La medida con Telurómetro de menor corriente requiere la desenergización de la SE. y las
desconexiones indicadas para las subestaciones; de no ser posible, podrá efectuarse con una fuente
autónoma de pequeña corriente (3-10 A).
d
p
C1
C2
P2
Pozo Unico
C2P2
d p
Dos Pozos yContrapeso
C2P2
Circuito de corriente
Puestaa Tierra
d
p
Circuito de Potencial
Telurómetro
Directriz
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c.- Ejecución de Medidas de RPT a Redes Malladas Extensas
Son Puestas a Tierra que pueden tener un armado de distintos tipos de electrodos y PATs auxiliares o
periféricas; es el caso de Estaciones de transformación, Centrales de Generación, Patios de Llaves, Parques
Industriales; donde los Estándares prevén altas corrientes de medida asumiendo suelos de baja Resistividad
y recomiendan:
La aplicación del principio de Caída de Potencial con los circuitos de corriente y potencial cuyas
distancias se relacionan como suelo homogéneo o estratificado.
La inyección con fuente autónoma, de la mayor corriente de medida que permite el circuito en forma
permanente, cuyo límite es (I=1% de la IF) y máximo de (6 00Ω.m) y del orden de < 5A
cuando el sistema tiene Neutro no conectado a Tierra.
Entre 10A y 20A; cuando el Suelo del sitio es de mediana Resistividad (>350Ω.m), o tiene zonas
húmedas, pudiendo estar ya conectadas las Masas y Neutros.
e. Medidas a Redes de Puesta a Tierra Extensas.
Se pueden hacer con método aproximado o preciso, según el perfil de Resistividades El tendido de los circuitos de medidas puede seguir una trayectoria sinuosa, para las medidas solo
interesan las distancias directas sobre una directriz rectilínea.
Medida Aproximada; la medida única con (pu=0,618xd), se puede verificar con el promedio con otras 2
medidas a distancias; p1=1,1x0,618xd y p2=0,9x0,618xd
Medida Precisa por Puntos; impone un mínimo de (9) medidas intermedias, es laborioso, requiere suelo
llano, trayectoria despejada y clima diurno estable.
Medida Precisa Unica; exige el mapeo de Resistividades de suelo estratificado, la determinación del
espesor del Estrato Superficial en el sitio y el cálculo de la distancia exacta de (P 2) para el despliegue
de los circuitos.
r 0
(+)
C1
()
C2
I
P2
VS
P1
I
ElectrodoAuxiliar
ElectrodoSonda
Fuente deCorriente
I
Vs R
T
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5.6 Métodos de Medida Precisa de RPT
La aplicación de un método de medida precisa, se justifica cuando el suelo presenta un perfil con el estrato
superficial grueso (h1>15m), caso contrario el criterio del 62% es el acertado.
a. Medidas Progresivas por Puntos
Cuando es difícil contar con los datos de Resistividades del suelo biestrato, la RPT se determina en forma
analítica (exacta) con el gráfico de la Resistencia Aparente (Ra vs pa) obtenida con medidas de campo y (P2)
a lo largo de la distancia rectilínea (d).
Este método se puede aplicar para medir pequeños valores de RPT en suelo irregular y/o con estratos
de espesor variable (laderas de cerro, terrazas).
La distancia (d) se divide en 10 segmentos iguales (9 puntos) para hacer las medidas progresivas de
(Ra) alejándose cada (10%) de la PAT.
Los 9 Puntos (Ra) vs (pa) se grafican, se lisa la Curva mediante una regresión matemática, luego se
halla la respectiva Cónica o Función Continua f(p)
La Curva cruza a su Tangente (pendiente cero) en el Punto de Inflexión (PI), en el que la concavidad
cambia de sentido, f"(p) cambia de signo.
Para localizar analíticamente (PI), se determina el valor de abscisas (p) en el que f''(p) = 0, o en el que
f"(p) no está definida.
La proyección del (PI) en Ordenadas da el resultado esperado (RT) exacto; se puede apreciar que dicho
valor no difiere mucho del valor medido con (p=62 % d).
b.- Medida Precisa Única de la Resistencia de Puesta a Tierra (RPT)
En suelos estratificados, sobre todo cuando el estrato superficial es muy grueso y los sistemas de PAT son
concentrados y de baja Resistencia de Dispersión, la ubicación exacta del punto (P2) influye en la medida de
(RT) y debe determinarse (p).
Para toda distancia (d) existirá una distancia precisa (p) del punto (P2) que ya no se ubica con la
relación (p=0.618d) de suelo homogéneo.
Las Resistividades del Suelo en modelo de dos Estratos influyen en las corrientes inyectadas (I), en
función de un Coeficiente de Reflexión (K).
El coeficiente de Reflexión (K), define la nueva ubicación del punto (P2), en función de la distancia (d) ydel espesor del estrato superficial (h1).
RT aprox.
Dist. de Medida R e s i s t e n c i a M e d i d a ( R )
p
p0.62xd
PI
1 2 3 4 5 6 7 8 9
RT
R
RT Tangente
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Es indispensable contar con el perfil de Resistividades del suelo biestrato.
12
12
K
Al no conocer la ubicación exacta de (P2) donde (U=0), según las Resistividades del suelo Biestrato, la
medida de (RT) será imprecisa según la posición de (P2); ej. colocado en (P2') o en (P2") no da idénticos
resultados
- Medidas con Potencial entre (C1 y P'2) : Optimista (mide < RT)
- Medidas con Potencial entre (C1 y P"2): Pesimista (mide >RT)
La distancia del circuito de Potencial se determina con el coeficiente de reflexión (K), mientras que la
distancia (d), se determina respecto de (5xD) o según (r 0),
Se debe contar con el Perfil de Resistividades del suelo bie 1 2, h1)
El modelo analítico simplificado considera una PAT de radio (r o) pequeño respecto de (d) y de (h1),
cumpliendo con las condiciones geométricas (d > 20 r 0 y h1 > 5r 0).
Si (Vpa)(I) es el Potencial inducido por el electrodo (a) en un punto (p) del suelo, al circular una corriente
(I=1A), se definen los Potenciales en los electrodos (p), (a).
Up = Vpa
( I ) + Vpc
( - I ) = Vpa
- Vpc
Ua = Vaa ( I ) + Vac ( - I ) = Vaa - Vac
La Tensión involucrada en la medida de la RPT es (Vs)
51 quemenor
hr y;
201 quemenor
dr
1
00
r 0
C1 C2
I(+)
P2
I
VS
P1
2
1 h
P’2 P’’2
I(-)
Ra
R
Ra
a p c
p
d
1
r 0
(+)
C1
()
C2
I
X
P2
I
VS
P1
P2' (
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Vs = Ua - Up reemplazando: Vs = Vaa - Vac - Vpa + Vpc
Vs = I.Ra + (Vpc - Vac - Vpa ) , que aplicando las distancias resulta
p
1
d
1
pd
1
2
IRIVs a
Pero la condición de ubicación de (P2) para la medida precisa es:
Ra = Vs / I que se cumple cuandop
1
d
1
pd
1
= 0
Es decir, cuando la suma algebraica de las Características del Potencial absoluto a partir de los
electrodos de corriente, es nula.
Con la expresión del Potencial de superficie (UB) del modelo de suelo biestrato, deducido en el punto
(4.b), siendo (p) la distancia a la fuente (C), se tendrá (Ra):
nh2p
K2
p
1
2I
UR
1n 212
n1B
a
, y para que se cumpla, con:
Hn2U siendo yK , d
hH ,
d
pX
12
121
Se establece la ecuación paramétrica general que origina la Familia de curvas de Relación de
distancias de medida (p/d), respecto del Factor de Reflexión (K).
0 U1
1
U)X1(
1
UX
1 K2 1
)X1(
1
X
1
1n22222
n
La posición del electrodo de Potencial X=f(H,K), se obtiene con la Gráfica de la Familia de Distancias
(p/d), donde en abscisas se cumple que X=0.618 para (K=0)
Para la medida precisa única, habiendo previamente determinado la distancia (d) se debe hallar (p)
con la Familia de distancias (p/d), en la siguiente forma:
- Entrar en abscisas con la relación (h1/d) calculada como sigue: Log (103 h1/d)
- Interceptar la curva cuyo Factor de Forma (K) que corresponde al suelo en el que se halla la
Puesta a Tierra, calculando: K=(2-1)/(2+1)
- Proyectar hacia ordenadas y determinar sobre ella el valor de (p/d), que corresponde a la relación
que debe regir la medida única (está dado en p.u.)
- Dado que se conocía la distancia (d), ahora se determina la distancia (p) y con dichos valores se
tienden los circuitos para realizar la medida precisa.
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Familia de Relación de Distancias de Medida (p/d) según Parámetro K
0.90
0.85
0.80
0.75
0.70
0.65
0.60
0.55
0.50
-1.0 0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
0.95
0.90
0.80
0.70
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0
-0.10
-0.20
-0.30
-0.40
-0.50
-0.60
-0.70
-0.80
-0.90
-0.95
Log10(10 xh1/d)
12
12K
p/d K
0.618
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6. Medidas de Potenciales o Tensiones de Toque y de Paso en el Suelo
Cualquiera que sea el tipo y la cobertura de la Puesta a Tierra al dispersarse en el suelo una Corriente de Falla u
otra de valor elevado (Rayo), se forma el espectro de superficies equipotenciales que originan los gradientes de
Toque y de Paso, en la superficie.
6.1 Criterios Comunes Para Medir Potenciales en el Suelo
Las medidas de verificación de los potenciales en el suelo, se recomiendan por Norma, para asegurar la seguridad
de las personas en el interior o la periferia de instalaciones eléctricas, que pueden dispersar en forma temporizada
elevadas corrientes de falla.
Se aplica el principio de Caída de Potencial, con el circuito de Corriente (C1C2=d) fijo durante las medidas,
mientras que los electrodos de Potencial (P1 y P2) son móviles.
La distancia del circuito de corriente (d) al igual que para medir (RT), depende del valor de (r o), cuanto más
grande sea será mejor, no hay límite superior.
Los Potenciales en la superficie del suelo, se miden a (1.0 m) de distancia:
- Los Potenciales de Toque; entre una masa conectada a la PAT y un punto de la superficie libre en el
suelo, o en cualquier otra forma que traduzca lo mismo.
- Los Potenciales de Paso; entre dos puntos cualquiera de la superficie del suelo, y que ninguno tenga
contacto con masas o la PAT.
Previamente se trazan en el suelo las líneas directrices de medida y ubican en ellos los puntos de toma de
las d.d.p., tanto aquellos que corresponden al armado de las PAT como aquellos que se desean verificar en
localizaciones especiales.
Las medidas en el interior y la periferia de la PAT se obtienen sobre trayectorias equidistantes o alejándose
de los electrodos enterrados, cada configuración de PAT tiene sus propios ejes de simetría que también se
orientan hacia la periferia
Los electrodos de Medida que simulan los pies tendrán una superficie de (10x20cm), serán planos
(S200cm2), con una interface de óptimo contacto con el suelo; deben soportar entre ambos un peso (>50
kg), repartido en partes iguales de >25 kg (250 N)
Para las medidas se requiere la inyección de corrientes (I) que pueden ser de hasta (1% de I F), para
evidenciar los Potenciales que se forman en la superficie del suelo.
El Voltímetro de precisión será provisto de una Resistencia shunt de 1000Ω y las d.d.p. (en mV) obtenidas
con la Corriente de medida (I), serán convertidas a escala real multiplicando por el Factor de
Proporcionalidad (k=IF / I), que es la relación entre la (IF) calculada o prevista para esa localización y la (I) de
la medida.
I
C
C2 Línea deMedida
Fuente de BFIndependiente
Red de PAT
mVS
P
P
PATAuxiliar
mVS
P
P
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6.2 Ejecución de Medidas de Potenciales en el Suelo
Se requiere de una fuente independiente de corriente permanente (I), con los equipos de regulación, aplicación,
instrumentos de control y lectura, y con los accesorios de conexión; el esquema de inyección de corriente es
similar al de la medida de la Resistencia de PAT.
o Tensiones de Toque.- Se miden entre puntos de masas conectadas a la PAT y diferentes puntos de la
superficie del suelo, separados a distancias de 1,0 m.
o Tensiones de Paso.- Se miden entre cada dos puntos cualquiera y sucesivos en la superficie del suelo que
abarca la PAT, separados una distancia de 1m.
o Los electrodos Planos de medida, según Norma serán colocados sobre el suelo para simular la planta de los
pies; a falta de ellos en suelo firme se pueden utilizar también electrodos Varilla clavados de 0,15 m a 0,20 m
de profundidad.
a. Medida de Potenciales en el Suelo con Instrumentos Portátiles
Se requiere un Telurómetro cuya corriente de medidas sea la mayor posible, constante y pueda aplicarse
sucesivamente; los datos se obtienen como Resistencias de Toque o Paso, el circuito de corriente es similar
al de la medida de la Resistencia de PAT.
Se aplican a PAT puntuales concentradas y con electrodos de trayectoria cerrada y a pequeños
Mallados de PAT de soportes de Líneas eléctricas de MT.
Las exigencias de baja Resistencia de contacto del electrodo (C2) es mayor, pero el procedimiento de
medidas sigue siendo con el principio de Caída de Potencial.
Toda d.d.p. entre masa-PAT y suelo es falla no franca, primero se la debe corregir
Los datos de Resistencias de Toque y de Paso medidas en (Ω), se convierten a Voltios multiplicándolos
por la Corriente de Falla a Tierra (IF) en dicho punto.
FmpFmtT I RVp , I RV
Siendo 50V la Tensión admisible por las personas durante 3s, se estima que los Potenciales durante el
despeje casi instantáneo de fallas en MT, BT, podrán ser:
- Para Tensiones de Toque: 65 Voltios
- Para Tensiones de Paso : 90 Voltios
RP
RP
Resistenciade Toque (RT) Resistencias
de Paso (Rp)
Puestaa Tierra
1m 1m 1m
P2 P1C1 P1 P2
P1 P2 C2
C1 G P2 C2P1
InstrumentoConvencional
Portátil
RT
Poste
-
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a. Medidas de Potenciales en el Suelo con Fuente Pequeña
Medidas confiables para PAT de pequeñas dimensiones, se hacen utilizando fuentes autónomas pequeñas,
cuyo circuito de corriente (Io) es similar al de la medida de la Resistencia de PAT; los Potenciales de Toque o
Paso se obtienen en (mV).
Se aplican a PAT puntuales concentradas y a pequeños Mallados de PAT de SE. de Distribución MT y
soportes de Línea eléctrica de AT en zonas transitables.
Para éstos casos, unos países de Europa (España e Italia), han estandarizado un método que
compensa las corrientes parásitas del suelo, midiendo con corrientes desfasadas en 180° (método no
homologado por los Estándares Internacionales).
Los procedimientos aplicados siguen los mismos criterios básicos ya enunciados.
Toda d.d.p. entre masa-PAT y suelo es falla no franca, primero se la debe corregir
Utilizando la fuente autónoma de Corriente (I0≈3-5A) y un Voltímetro de precisión se miden
directamente los Potenciales (mV) de Toque y de Paso proporcionales.
Las medidas en (mV) se convierten a la escala real en Voltios, con la corriente de falla (I F) en dicho
punto aplicando el Factor de proporcionalidad (k = IF / I0);
k VVp , k VV mpmtT
6.3 Ejecución de Medidas de Tensiones de Toque y Paso en Redes de PAT
Se realizan con una fuente independiente, autónoma con capacidad para debitar en forma constante la corriente
de medidas (Io), por un circuito similar al que se exige para la medida de la Resistencia de PAT; los Potenciales de
Toque o Paso se obtienen en (mV).
a. Aplicación y Método de Medidas
Para medir a PAT extensas tanto de sistemas de AT como industriales, sin o con sus conexiones a Masas y
Neutros, estando en servicio o fuera de servicio.
Adoptan todos los criterios Estandarizados previos ya enunciados para medir en la Resistencia de PAT
y los Potenciales en la superficie del suelo.
Métodos de medidas sustitutorios o parecidos no homologados por Estándares Internacionales, no son
aplicables a las PAT extensas de sistemas de AT.
Para las medidas, se aprovecha el cuadrillado (de mallas) que tienen las redes de PAT con uno o dos
ejes de simetría, para no hacer medidas repetitivas.
VP VP
Tensiones dePaso (Vp)
1m 1m 1m
P1 P2P1 P2
C2
Io
FuenteAutónoma
SE: MT/BT
Puestaa Tierra
VT
1mP1 C1
Tensión deToque (VT)
-
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Las d.d.p. se mide con un Voltímetro de precisión, de alta Resistencia interna (10 M Ω), el cual se
adapta con una Resistencia en paralelo de (1 KΩ).
La corriente Estandarizada de medidas se prevé con la potencia en kVA de la fuente autónoma, cubre
los casos de PATs en suelos de 10-300 Ω.m
b. Detalles de la Ejecución de Medidas de Potenciales
La base de los electrodos planos deberá contar con un paño húmedo, mientras que el lastre de 25.5
Kg puede ser superado con el peso de una persona.
Se prevé una Corriente Alterna no inferior al 1% de la Corriente de diseño o en principio no inferior a 50
A (Neutro Sólido a Tierra) y de 5 A (Neutro Aislado).
Las Tensiones de Toque y Paso medidas generalmente en (mV) se convierten a escala real
multiplicando por el factor de proporcionalidad (k=IF(DISEÑO)/I medida).
En el caso de PATs no convencionales (Suelo de Alta Resistividad >800 Ω-m, sin recarga de humedad),
la Corriente de Medidas rara vez supera los 15 A.
Las Medidas se hacen en tiempo mínimo sobre todo cuando la Resistividad del suelo es alta, para ellose prepara un mapa de puntos según la instalación.
El Mapa de Puntos de medida, considera trayectorias según los ejes de simetría (longitudinal,
transversal, radial) en lugares libres y alrededor de aparatos.
Cuando la PAT no tiene simetrías, el Mapa de Medidas se elabora para los sitios y principales puntos
de trabajo, estadía o de tránsito de personas.
Se deben interpretar los Potenciales de toque medidos alrededor de aparatos o masas voluminosas
como el TP; porque no siempre representan dicha distancia.
El Informe de medidas relieva los mayores valores registrados, al interior y en la periferia exterior de laPAT, e indica si cumplen con los parámetros del Diseño.
PeriferiaExteriorPatio
Interior
Cerco
Perimétric
~ A
V
P2 P1 C1
C2
Lineas deMedida
Fuente
PAT
P2 P1
PAT
mV mV
-
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7. Condiciones Para las Medidas de Parámetros Eléctricos del Suelo.
Las medidas implican el suelo como conductor, por sí mismas no revisten peligro para las personas, pero no es
posible apartar los riesgos por exposición o proximidad a instalaciones eléctricas o por su representatividad.
7.1 Criterios Generales
a.- Para la Seguridad del Operador Bajo Sistemas Energizados
Los operadores utilizan ropa, guantes, anteojos y zapatos de seguridad eléctrica.
No medir bajo turbulencia, garúa o neblina densa cerca de LL.TT. o SS.EE.
Evitar medir en LL.TT. o SS.EE. energizadas si la Humedad Relativa (Hr>85%).
No medir en LL.TT. o SS.EE. cuando hay tormentas aguas arriba o aguas abajo.
No medir bajo amenaza de tormenta, lluvia y descargas atmosféricas.
Si súbitamente empieza lluvia o tormenta, desconectar y apartar los conductores.
b.- Para Asegurar la Representatividad de las Medidas de Campo
Considerar la Estación climática del sitio para la aplicación de los resultados.
- Verano (Costa), Estiaje (Sierra, Selva); se tratan directamente los datos obtenidos, los más
representativos se logran antes de las primeras lluvias.
- Invierno (Costa), Lluvias (Sierra, Selva); antes de tratarlos se corrigen los datos obtenidos,
comparando con la data de época seca de suelos similares.
Evitar medir en suelos recién humedecidos por riego o lluvia o recién removidos.
Utilizar los instrumentos, accesorios y conexiones de medida, según catálogo.
Anticipar con una Verificación obligatoria, el instrumento y accesorios de medida- Contrastar previamente del Instrumento con una Resistencia "R" patrón.
- Probar con Meghómetro el aislamiento de los conductores flexibles (en agua)
- Probar la conducción en los empalmes de los terminales de conexión.
- Prueba de la presión y solidez de conexión de los terminales de Conexión.
c. Para Asegurar la Precisión de las Medidas
Evitar la superposición de los conductores de los circuitos de medida (I y VS)
Asegurar buena interfase de contacto entre los Electrodos clavados y el Suelo.
Evitar el paralelismo cercano o proximidad de los circuitos de medida con:
- Líneas eléctricas MT, BT aéreas y subterráneas de gran ampacidad.
- Objetos metálicos conductores o estructuras de superficie y subterráneos.
En áreas grandes elegir lotes representativos, medir en la misma orientación.
Asegurarse de tener plenamente con carga la fuente de energía del instrumento.
d. Para Asegurar Buenas Condiciones de Medida en Suelos Difíciles
Medir preferentemente en suelos naturales antes de su acondicionamiento.
Medir en ausencia o bajo mínimas corrientes erráticas o geomagnéticas
Considerar el horario básico de medidas entre las 08:00h y las 16:00h y si hay interferencias buscar
probando cada 15min. el intervalo horario más adecuado.
-
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7.2 Instrumentos de Medida de Parámetros Eléctricos del Suelo
Los portátiles clásicos son comparadores y de lectura directa, se denominan Telurómetros (4 bornes) y Geómetros
(3 bornes), aplican el Principio de Caída de Potencial; miden los parámetros en Ohmios su fuente puede ser :
o De Corriente Continua; Las medidas se harán conmutando la polaridad después de cada toma (2 min),
para evitar la Polarización del Suelo.
o De Corriente Alterna; de frecuencia diferente y no múltiplo de la FI, para evitar el acoplamiento con las
corrientes vagabundas u homopolares del Sistema Eléctrico.
o Las corrientes nominales varían entre 2 y 50 mA y 127 a 200 c/s; permiten medidas confiables de
Resistividad de poca profundidad y Resistencia de PATs medianas.
a. Funcionamiento de los Instrumentos Portátiles
La circulación de (I) entre (C1) y (C2) crea una d.d.p. entre (P1) y (P2), debido a las Resistencias del
suelo (Rx) o de dispersión (Rr ): Vo= IxRx , Vo= IxRr
La corriente (I) en la porción (Lm) de la Resistencia de comparación (Rv), que tiene longitud (L), crea
una d.d.p. (Vo) donde (K: Factor del Instrumento)
mV0
L
LRIKV ,
mV
L
LRKRr respectivamente
Con el Galvanómetro en punto Cero, se habrán balanceado ambas d.d.p., luego (V=Vo), obteniéndose
la Resistencia del suelo (Rx) o de dispersión (Rr).
b. Medida de Resistencias Concentradas
Permiten diferentes aplicaciones y sobre todo la verificación del buen funcionamiento del instrumento,
utilizando Resistencias Patrón de (1, 10 , 20 y 50Ω)
Para verificar el Telurómetro se puentean los bornes (C1-P1) y (P2-C2); en el Geómetro sólo se unen (P-
C), existe el borne (E), conectar y medir la (R) Patrón
El mismo esquema se usa para medir una (R) cualquiera o verificar continuidad.
~
P2
Galvanóm.
Alimentación
I I
C2 C1 P1
VO
L
Lm R v
Rx
Galvanómetr
Alimentación
I I
C2 C1 P2
VO
L
Lm R v
P1 (P)
(E) (C)
~
Rr
C
G P
C
P
C
G P
C
P
R
-
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8. Electrodos de Puesta a Tierra y sus Armados
Son conductores desnudos simples o armados, pueden ser de sección cableada o sólida y de un metal resistente
al ataque corrosivo del suelo y dimensiones según la previsión de su desempeño; para conectarse a ellos se
utilizan segmentos de conductor (mechas).
8.1 Expresión de la Resistencia de Dispersión o Resistencia a Tierra (RT)
Las expresiones de cálculo se deducen a partir de la geometría del electrodo y para todos los casos la Resistencia
a Tierra (RT) se define por la Ley de Ohm, es decir la Resistencia entre un punto cualquiera del armado y un punto
remoto del suelo que tiene potencial cero
a. Bases Para el Cálculo de la Resistencia de Dispersión
Se basa en el paso de líneas de corriente en el suelo, desde una Carga puntual hacia el infinito de potencial
cero; para electrodos horizontales o verticales se asume suelo de Resistividad homogénea () o equivalente
(eq) y una corriente (I) a dispersar.
Se establece el Potencial (Vp) en un punto (Px) de la Superficie del suelo
Se establece el Potencial (Ve) en la superficie del propio Electrodo enterrado
Se establece la d.d.p. entre ambos potenciales en la superficie del Suelo
Se aplica la Ley de Ohm y con la (I) se despeja la Resistencia (R) de Dispersión
Con las expresiones obtenidas y datos confiables de Resistividad (eq),se calculan valores aproximados
de la Resistencia a Tierra, con errores aceptables (100d), se obtiene la Resistencia a Tierra (R), con la Ley de Ohm.
dSen
r
n
2d
d
Sen
n
2Sen
d
dr
El potencial en la superficie deLa Jabalina desde (a = r) será:
r 4n
IdU
, reemplazando (r)
e Integrando entre los límites (+β, -β)
2CotLn
8
I
Sen
d
8
IU
a
2Ln
4
IU
, para2
I'I ,
'I
UR , d = 2a
d
4Ln
2R
, donde
2
da
Las expresiones deducidas, consideran que la Resistividad del suelo no se altera con la instalación,
lo cual no es el caso en suelos secos y con alta Resistividad.
d
r
dr = d Sen
dr = r d
d
x P
2a
d
I
I
-
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b. Adecuación del Modelo Analítico a la Configuración Física Real
El modelo clásico utilizado para todo tipo de electrodos y armados, no considera los efectos de la excavación,
del tratamiento ni del relleno aplicados a la instalación, ello explica las grandes diferencias entre las
Resistencias calculadas y obtenidas en obra.
La instalación enterrada en el suelo, de un electrodo de PAT, origina cambios en la Resistividad del
suelo natural, su Resistencia a Tierra (RT), según la expresión:
RT = Rm + Rr + Rd , donde:
Rm: Resistencia propia del metal del Electrodo (Rm0) para electrodos puntuales simples, pero de
valor significativo para grandes electrodos o Redes de PAT.
Rr : Resistencia propia del Relleno conductivo en la zanja o el pozo, que depende de la Resistividad
del material utilizado (r ), que será bajo (
-
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1
2
h1
h
-h
El método de Instalación que preconiza la reducción de la (RT) que se hubiese obtenido en el suelo
natural, se representa con el Factor de Tratamiento (m), que varía según el producto comercial elegido
y la calidad del suelo: 3< m
-
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8.3 Expresiones Para el Diseño de Puestas a Tierra Puntuales
La (RT), no considera la perturbación del suelo ni el uso de tratamientos ni rellenos que inciden en la disminución
de dicho parámetro, el Factor de Tratamiento común es: m≥3
a.- Resistencia (Ω) de Electrodos Verticales Únicos o Espaciados
a1. Varillas al Nivel del Suelo con ( >>d), d=2a
1. Una varilla Clavada:d
4Ln
21R
eq
, Lagrange
2. Una varilla Clavada:
1
4
21
aLnR
eq
, Sunde
Resistividad Equivalente de suelo (eq): 1 2) en (.m)
Distancia entre 2 o más varillas clavadas: (1.5< e
-
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a5. Disposición en Armado Cuadrado o Rectangular (Complemento de Red de PAT)
N° Total de Jabalinas Valores de Ka
Rectángulo Cuadrado Rectángulo Cuadrado
4812
152024283236
4916
2536496481
100
2.7074.2585.393
6.0076.4636.8067.1487.4197.655
2.7075.8918.554
11.43714.06516.89319.50022.30624.958
b.- Electrodos Horizontales o Contrapesos a Profundidad (H)
La conexión se hace en el punto negro; si es corriente de FI la longitud (L) no tiene límite, para corrientes HF derayo depende de la altura del soporte y de la Resistividad del suelo; para altura (25m) entre (25m50m).
Resistividad del estrato utilizado por el electrodo: ( ) en (.m)
b1. Conductor o Cinta Sobre la Superficie del Suelo
b,
LLn
LR
361
2
b2. Conductor Enterrado a Profundidad (H)
bH85.1
LLn
L2R
2
b3. Dos Conductores Enterrados a Profundidad (H)
1. Disposición en Oposición
bH55.1LLn
L2R
2
2. Disposición Perpendicular
bH27.1
LLn L2
R2
3. Disposición Paralela (e=3m mínimo)
224
H4e A, AebH42.3
16/LLn
L2R
c.- Electrodos Horizontales Segmentados de Longitud Total (L)
Se les instala en forma radial desde el pié de cada soporte o pata de las estructuras de Líneas eléctricas, comouna PAT para dispersar corrientes de rayo
c1. Tres Ramales Radiales que Totalizan (L)
bH.7670
LLn
L2R
2
c2. Cuatro Ramales Radiales que Totalizan (L)
bH.2170
LLn
L2R
2
c3. (n) Ramales Radiales que Totalizan (L)
niSen
niSenLn
bH
2LLn
LR
n
i
11
1
1
b
L
L/3
b
b
e
L/2
b
L/2
b
L
H
b
L
N
K 1
1R
R a N
L/4
b
Distribuidas enlas patas dela Estructura
-
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a
c2
c2 L
a
a
d.- Electrodos Horizontales en Trayectoria Cerrada
Se diseñan como electrodos de PAT Puntual, siendo armados concentrados (no amplios) cumplen por naturalezacon el Control de Potenciales en el suelo, tienen forma de anillos únicos o concéntricos, cuadrángulos únicos y/oen paralelo con electrodos verticales PAT de Líneas eléctricas.
d1. Configuración Cuadrangular
Hb
L621.1Ln
L2R
2
, (L² >> 4H²)
d2. Configuración en Anillo
a'
L27.1Ln
LR
, )Hba' , DL( c
d3. Configuración en Pequeña Red
L A2R
, para A = B
AB443.0LR
, para A B
e.- Electrodos de Gran Superficie de Dispersión
Se diseñan como electrodos de PAT Puntual, siendo armados concentrados (no amplios) cumplen por naturalezacon el Control de Potenciales en el suelo, tienen forma de anillos únicos o concéntricos, cuadrángulos únicos y/oen paralelo con electrodos verticales PAT de Líneas eléctricas.
e1. Electrodo Plano Disco (RD), Hemisferio (RE)
a.RD
8
,
aRE
2
, Radio: a
e2. Electrodo Placa o Grilla, Horizontal (RH), Vertical (RV)
P,RH
80 ,P
,RV
61 , Perímetro: P
e3. Electrodo Medio Tubo Enterrado de Longitud (L)
2a
LR
, Radio: a
e4. Electrodo Cinta o Pletina Larga
c
LLn
LR
4
4
, Ancho: 2c
e5. Electrodo Filiforme o Pletina en Relleno Fraguable
Enterrado a una profundidad (H)
wH
LLog
L,R
2
732
, Relleno: Ancho(w)
e6. Electrodo de Placa o Grilla Cilíndrica
r
hLn
hR
2
3
2
, Diámetro D=2r
e7. Electrodo de Placas o Grillas en Molinete
)hr (
.R
24
71 , de 4 Alas, (h>r)
Dc
b
L/4
b
L
w
e
A
B
e
e
A
B
h
a
r
h
L
-
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f.- Resistividad Equivalente - Suelo de Dos Estratos
Cuando se requiere aprovechar la Resistividad del Estrato Subyacente,con una varilla, implica a los dos estratos del suelo en forma proporcionala los segmentos de la varilla o a la ubicación del conductor en el límite
hh.
..
12
21
eq
, (Ω.m)
g.- Sección de un Tubo de Cobre Industrial
22
22
INTEXTTUB
DDS , mm2
g.- Sustitución de Varillas de Cobre por Tubos de CobrePara PAT económicas y durables, de uso particular que se instalan en pozos (no PAT Reglamentarias-CNE), envez de las costosas varillas de Cobre sólido, se pueden utilizar segmentos del mismo conductor torzalado de laBajada, o bien segmentos de tubo de Cobre de mayor diámetro (ambos dan más baja RT).
Tuberías de Cobre Tipo (L), de DINT=19mm (3/4”) y espesor (e: 1,14mm a 1,65mm). Tuberías de Cobre Tipo (K), de DINT=25mm (1”) y espesor (e: 1,27mm a 1,65mm). Ej; un tubo de DINT=19mm y e=1,65mm, tiene 107mm2 y la varilla de 19mm, 283mm2.
Nomenclatura de Símbolos
: Resistividad homogénea o Equivalente, del Suelo; Ohm-m
1 : Resistividad del Estrato Superficial de espesor (h1); Ohm-m
2 : Resistividad del Estrato Subyacente; Ohm-mL : Longitud de desarrollo del conductor horizontal (electrodo); mDc : Diámetro del Electrodo en Forma de Anillo; m
D : Diámetro de Excavación del Pozo de Electrodo Vertical; ma : Radio (d/2) del Electrodo Vertical (varilla); mb : Diámetro del conductor horizontal (electrodo); mc : Medio ancho de un electrodo cinta o pletinae : Distancia entre Electrodos Verticales u Horizontales; mh 1) que aloja al Electrodo enterrado; mH : Profundidad de enterramiento del conductor horizontal; m
: Longitud del Electrodo Vertical enterrado (varilla); m N : Número de electrodos verticales (varillas), clavadas o enterradasP : Perímetro de un electrodo cuadrangular, m
r : Ancho de Alero del Electrodo Molinete (doble plano); mS : Superficie de cobertura de la Puesta a Tierra; m²w : Ancho del Relleno fraguable que engloba al electrodo, mRe : Radio equivalente de agrupación de electrodos, mLn(a) = 2,30258 Log(a), o recíprocamente Log(a) = 0,43429Ln(a)
int D
Dect
1
2
-h
hh1
H