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CURSO AG-PG 2010-I: Cap. II; Técnicas de Puesta a Tierra. Prof. Justo YANQUE M. + Asistentes

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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

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