Introducción
Las pruebas de los sistemas de puesta a tierra permiten confirmar los valores de diseño y el funcionamiento seguro en caso de fallo de acuerdo con las normas y criterios de seguridad aplicables.
La prueba de inyección de corriente es una metodología que facilita la comprobación exhaustiva de los sistemas de puesta a tierra enterrados. Se pueden medir numerosas características importantes relacionadas con el rendimiento de los sistemas de puesta a tierra, entre ellas:
- Aumento del potencial de la red.
- Subida del potencial suelo/tierra.
- Contornos de tensión y potenciales de transferencia.
- Potenciales de Toque y Paso.
- Distribución de corriente en sistemas complejos de puesta a tierra.
Índice
Medición de la resistencia de tierra
Método de caída de potencial
Esta medición de la resistencia de tierra se realiza utilizando el método de 4 polos.
Para realizar las mediciones se aplica el siguiente procedimiento paso a paso:
- Coloque el equipo de prueba lo más cerca posible de la red de tierra que se está probando. La distancia no debe ser superior a 10 m del borde de la red de tierra.
- Un juego de dos cables más cortos se conectan al sistema de puesta a tierra sometido a prueba. El punto de unión debe limpiarse antes de la conexión.
- Los cables y sondas de corriente y potencial se llevarán en paralelo lejos del sistema de tierra a lo largo de la ruta de prueba. El cable de corriente debe estar completamente desenrollado de su carrete y no debe cruzarse con el cable de medición de potencial.
- El electrodo de inyección remoto (agrupación de varillas) se introducirá en el suelo a una distancia suficiente para que quede fuera de la esfera de influencia del sistema de puesta a tierra sometido a prueba. Para una red de puesta a tierra de grandes dimensiones, la separación hasta el electrodo remoto debe ser al menos 5 veces la anchura diagonal de la red. La naturaleza del método de 4 polos permite el uso de cables muy largos y de diferentes tamaños sin necesidad de compensación de resistencia. Normalmente es necesario utilizar varias tomas de tierra conectadas en paralelo para reducir la resistencia de contacto de la toma de tierra remota.
- La sonda de medición de potencial se introduce en el suelo a una distancia que equivale al 80 % de la distancia de separación del electrodo de corriente con respecto a la instalación de puesta a tierra sometida a prueba. Debe estar a una distancia mínima de 1 m del electrodo de corriente.
- El operador del equipo de ensayo deberá dar instrucciones al personal contratado y a las personas cercanas para que se mantengan alejados de los cables y electrodos de ensayo. Si la medición fluctúa, se tomarán 10 valores secuenciales y se calculará un valor medio.
- Tras informar a las personas alejadas del equipo de prueba de que ha cesado la inyección de corriente y de que se han desconectado los cables de prueba, el electrodo de potencial debe trasladarse a un nuevo emplazamiento que esté en dirección a la toma de tierra y a un 10 % de la distancia entre el electrodo de corriente y la toma de tierra sometida a prueba. La prueba se repetirá de forma que se obtengan mediciones a intervalos del 10 %, idealmente entre las distancias del 80 % y el 20 % (es decir, 7 lecturas, junto con 2 lecturas adicionales a las distancias del 55 % y el 65 %).
- La medición de la resistencia obtenida debe trazarse en una curva durante las pruebas. Los valores trazados deben seguir la tendencia indicada en la figura 1. Deberá repetirse cualquier lectura atípica evidente.
- Si la interpretación de los resultados mediante el método de la pendiente no arroja resultados satisfactorios, se repetirá la serie de pruebas utilizando una nueva posición para el electrodo de corriente, ya sea más alejado del sistema de puesta a tierra o en una dirección diferente (si es posible).
- Una vez obtenido un conjunto aceptable de resultados, debe anotarse la posición actual del electrodo para futuras referencias.
Prueba adicional - método de caída de potencial a 90
Siempre que sea práctico y si el tiempo lo permite o si se considera necesario debido a problemas percibidos con los datos anteriores de las pruebas en línea, se realizará esta prueba adicional.
Con este método de prueba, el electrodo de corriente se deja en su posición actual y el electrodo de potencial, junto con el cable asociado, se retira hasta el borde del sistema de puesta a tierra sometido a prueba. A continuación, el electrodo de potencial se desplaza en un ángulo de 90° con respecto al electrodo de corriente durante aproximadamente el 20 % de la separación entre el electrodo de corriente y la puesta a tierra. Las pruebas se repiten a distancias del 40 %, 60 %, 80 %, etc., si es posible, y los valores de resistencia medidos se representan gráficamente en función de la separación (distancia).
El tipo de gráfico que se muestra en la figura 2 se utiliza para obtener el valor más bajo posible de resistencia para el sistema de tierra sometido a prueba y se utiliza junto con el método de la pendiente/prueba en línea para aumentar la confianza en los resultados.
Resistencia de puesta a tierra para subestaciones de distribución montadas en pedestal o en poste
Los sistemas de puesta a tierra de los transformadores de distribución más pequeños montados en tierra (en pedestal) y en poste suelen consistir en puestas a tierra separadas de BT y AT. Esto se hace para evitar la transferencia de altas tensiones debidas a la EPR al sistema de BT MEN durante los fallos a tierra en el lado de AT del transformador. Los sistemas de puesta a tierra enterrados separados de BT y AT también están separados físicamente en el suelo por varios metros.
Pueden ser necesarias tres mediciones de resistencia distintas:
- Resistencia de la toma de tierra de AT.
- Resistencia global de puesta a tierra de BT medida cerca de la ubicación del transformador.
- Resistencia individual del electrodo de BT más cercano al transformador.
En una subestación de distribución, los siguientes elementos contribuyen en paralelo al valor de la resistencia de tierra medida.
- Electrodo de AT en la subestación.
- Electrodo de BT justo después de la subestación.
- Pantallas de cables de alta tensión.
- Tierras neutras de BT más allá de la subestación.
Los tres primeros elementos de la lista anterior deberán medirse utilizando un dispositivo de comprobación de puesta a tierra con pinza (sin contacto) enrollado alrededor de la misma y de la respectiva barra de puesta a tierra del neutro dentro de la celda de la subestación. Estas mediciones individuales se compararán con el valor de la resistencia global tomada mediante el método de caída de potencial. La prueba de resistencia de tierra con pinza no requiere la desconexión/aislamiento del electrodo bajo prueba del resto de la red. Con este tipo de dispositivo, el valor de la resistencia del electrodo se mide en serie con el resto de los electrodos conectados, por lo que el valor medido sólo será exacto si los demás electrodos en paralelo tienen un valor bajo en comparación con el electrodo sometido a prueba.
La resistencia medida por el comprobador del método de pinza es la suma de las resistencias del bucle de tierra (es decir, RLV + Rline). Por lo tanto, se supone que la resistencia de la vía de retorno es lo suficientemente pequeña como para considerarse despreciable frente al valor de RLV, de modo que la resistencia total es aproximadamente igual a RLV. Si no se dispone de una vía de retorno de resistencia relativamente baja, este tipo de medición no puede realizarse con precisión.
Una alternativa a la prueba de pinza es el "método comparativo", que utiliza el método de prueba estándar de 4 polos. En esta prueba, los terminales C1 y P1 del comprobador de materiales compuestos se conectan a un electrodo de puesta a tierra de baja resistencia existente, como una red de tierra de subestación existente o una tierra de BT. A continuación, los terminales C2 y P2 se conectan a la toma de tierra individual sometida a prueba. Tenga en cuenta que este método de prueba requiere la desconexión del electrodo bajo prueba del aparato que está protegiendo, por lo que la prueba sólo debe realizarse cuando (a) el equipo de AT o BT esté sin tensión; o (b) esté conectado un sistema de electrodos alternativo adecuado.
Mediciones de tensión táctil y por pasos
Las mediciones para establecer los potenciales reales de contacto y de paso a los que estaría expuesta una persona durante una falta de fase a tierra se llevarán a cabo utilizando la técnica de inyección de corriente. Con esta técnica se inyecta en la tierra corriente alterna de frecuencia fuera de potencia a través de un electrodo remoto y se devuelve al sistema de tierra sometido a prueba. La magnitud de la corriente inyectada representa una versión a escala reducida de la corriente real de falta a tierra.
Los potenciales de contacto y de paso a escala reducida se miden con un voltímetro sensible sintonizado en frecuencia. Las mediciones se realizan entre placas metálicas en contacto con el suelo para simular el pie humano y, en el caso de los potenciales de contacto, un objeto metálico cercano a 1 m de distancia. Las tensiones de paso se miden entre dos placas metálicas separadas 1 m en contacto con el suelo.
Para realizar las mediciones se aplica el siguiente procedimiento paso a paso:
- Los lugares de medición de los potenciales de contacto y de paso deberán marcarse en un plano de la obra. En referencia al informe de diseño de puesta a tierra y en consulta con el cliente, estas ubicaciones incluirán, entre otras, las siguientes:
Potenciales táctiles
- En estructuras metálicas, recintos y objetos que se puedan tocar. Esto incluye bajantes y marcos de puertas.
- A lo largo del vallado metálico del perímetro de la subestación.
- Tuberías de agua, grifos e hidrantes próximos a la toma de tierra.
- En los pozos y quioscos de telecomunicaciones próximos a la toma de tierra.
Potenciales de paso
- Cerca del pequeño electrodo del sistema de puesta a tierra o, en el caso de una subestación cerrada, inmediatamente fuera de la valla a la que puedan acercarse personas.
- Un juego de dos cables más cortos se conectan al sistema de puesta a tierra sometido a prueba. El punto de unión debe limpiarse antes de la conexión.
- El electrodo de tierra de inyección de corriente a distancia se coloca según la caída de la medición de potencial. La separación mínima será de al menos 5 veces el diámetro diagonal del sistema de tierra sometido a prueba.
- Se inyecta una corriente continua de hasta 50 A en la toma de tierra remota. Cuanto mayor sea la corriente inyectada, mejores serán los resultados, ya que son menos susceptibles al ruido de medición.
- Las tensiones de contacto y de paso se miden rutinariamente en los lugares requeridos y se registran.
- Las tensiones de contacto y de paso obtenidas deben escalarse y compararse con los límites de tensión de contacto y de paso admisibles según las normas aplicables que se indican en el informe de diseño de puesta a tierra.
Requisitos de seguridad
Las siguientes precauciones minimizarán los riesgos asociados a las pruebas de inyección de corriente:
- Las personas que realicen las pruebas de inyección de corriente deben estar debidamente cualificadas, formadas y contar con la experiencia necesaria.
- Las pruebas no se realizarán durante ninguna actividad de iluminación o conmutación planificada de la instalación sometida a prueba.
- El operador del equipo de prueba y la persona que manipule los electrodos de prueba a distancia deben llevar calzado cerrado y guantes aislantes durante el período de las pruebas.
- Deben comprenderse y respetarse el funcionamiento y las precauciones indicadas en los manuales de los equipos de ensayo.
- El equipo de prueba debe instalarse dentro de los límites o cerca del sistema de puesta a tierra que se está probando. Esto reducirá los riesgos potenciales de tensión de contacto. Si es necesario situarlo fuera de la zona cubierta por el sistema de puesta a tierra, el equipo deberá colocarse encima de una estera aislante lo suficientemente grande para que quepa también el operario.
- La conexión de prueba debe conectarse directamente al sistema de puesta a tierra sometido a prueba.
- Las rutas de prueba deben ser lo más claras y rectas posible. Los cables de prueba no deben colocarse en paralelo con conductores de líneas aéreas (siempre que sea posible) o, al menos, mantener una separación mínima de 20 m de longitud.
- La corriente inyectada que circula entre el sistema de puesta a tierra sometido a prueba y el electrodo remoto debe evitar interceptar objetos metálicos enterrados. Esto se hace principalmente para obtener resultados precisos.
- El operador del equipo de prueba debe estar continuamente en comunicación con la persona en contacto con el electrodo remoto durante la prueba.
- Ninguna persona deberá estar en contacto con el electrodo remoto durante el periodo de inyección de corriente.
- Antes de conectar o desconectar un objeto de prueba, el equipo de prueba debe estar apagado.
- El equipo de prueba no debe conectarse a aparatos o conductores bajo tensión.
- Debido a la naturaleza de las pruebas de inyección de corriente, se introducen potenciales de tierra remotos en la zona del sistema de puesta a tierra sometido a prueba. Durante las pruebas, todas las conexiones eléctricas deben considerarse peligrosas y debe evitarse siempre el contacto con las manos desnudas.
- Si alguna persona ve u oye algo inusual, como un arco eléctrico, durante las pruebas, éstas deben interrumpirse inmediatamente.
- Deben erigirse barreras de seguridad y/o cintas de advertencia alrededor de los electrodos de inyección de corriente a distancia no acompañados que sean potencialmente accesibles al personal no informado o al público.
- Los sistemas de puesta a tierra conectados a equipos bajo tensión no deben desconectarse para realizar pruebas, ya que existe el riesgo de que se desarrolle una diferencia de potencial entre dichas conexiones.
Equipos de prueba
El equipo necesario para realizar las pruebas es el siguiente:
- Comprobador de puesta a tierra compuesto de cuatro terminales y cables con la capacidad nominal adecuada (tensión e intensidad).
- Grupo de varillas de tierra para el electrodo de inyección de corriente a distancia.
- Cable largo con capacidad de transporte de corriente adecuada que debe tenderse entre el equipo de ensayo y el electrodo de inyección remoto.
- Varilla de tierra única para medir la tensión.
- Guantes aislantes y calzado cerrado.
- Radios o teléfonos móviles.
- Alfombrilla de pruebas aislada lo suficientemente grande para el equipo de pruebas y el operador (si es necesario).
- GPS (si es necesario).
Los principios de funcionamiento de los equipos y las precauciones indicadas en los manuales de los equipos de ensayo deben ser perfectamente comprendidos y respetados por los operadores.
Todos los equipos de ensayo necesarios deben estar calibrados, como el dispositivo de inyección de corriente.
Equipamiento recomendado
- Comprobador de tierra multifunción AEMC 6471
- Comprobador de puesta a tierra Fluke 1625-2 Geo
- Comprobador de tierra Omicron CPC100 + CP CU1 (potente pero caro)
