Universidad Nacional Experimental PolitcnicaAntonio Jos de SucreVice-Rectorado Puerto OrdazDepartamento de Ingeniera ElctricaCtedra: Construccin de Lneas de Transmisin

Medicin de Puesta a Tierra y Resistividad del Suelo

Bachiller:Paruta Yosselyn CI 20.224.634

Puerto Ordaz, Marzo del 2015.

INTRODUCCIN

Los sistemas de puesta a tierra, contribuyen de forma importante a la proteccin y el buen funcionamiento de los sistemas de energa elctrica. La red de puesta a tierra tiene la funcin de garantizar una referencia de potencial y permitir la circulacin de corrientes no equilibradas. Prcticamente todos los equipos elctricos y electrnicos necesitan estar conectados a una red de tierra. Las torres que sostienen las lneas de transporte estn conectadas a tierra. Las subestaciones elctricas requieren de una importante red de puesta a tierra que garantice el buen funcionamiento del sistema y la seguridad de las personas, animales y bienes que se encuentran en las cercanas. La red de puesta a tierra debe ser capaz de tolerar corrientes de cortocircuito durante el tiempo transcurrido entre la produccin del fallo y la actuacin de las protecciones e interruptores que eliminan la falta, sin deteriorar sus propiedades mecnicas ni elctricas. Tambin debe ser capaz de drenar corrientes inyectadas a tierra, provenientes de descargas atmosfricas o por actuacin de los pararrayos frente a sobretensiones, sin producir diferencias de potencial significativas que puedan ocasionar el deterioro prematuro de equipos importantes en la subestacin, plantas industriales, edificaciones o lneas de transporte.

En la actualidad la red de puesta a tierra de un sistema juega un papel muy importante en el apantallamiento de los sistemas de comunicaciones y control. Los ordenadores, los autmatas industriales y otros equipos electrnicos requieren condiciones muy concretas en lo referente a la puesta a tierra para su buen funcionamiento. Las redes de comunicacin telefnicas convencionales dependen en gran medida del sistema de puesta a tierra, tanto para la reduccin de interferencias como para la proteccin contra las fuerzas electromotrices inducidas.

SISTEMAS DE CONEXIN A TIERRA

Las funciones bsicas de un sistema de conexin a tierra se pueden resumir en:

1. Proveer de una baja resistencia de dispersin de la corriente a tierra para: Evitar daos por sobretensiones que se presenten por descargas atmosfricas o maniobras. La descarga a tierra de dispositivos de proteccin (contra sobretensiones atmosfricas o internas) Camino a tierra de corrientes de falla. Conectar los sistemas que usen neutro comn aterrizado (ms comunes) Asegurar que las partes metlicas de los sistemas o equipos se encuentren al mismo potencial de tierra. Esto para la proteccin personal.

2. Disipar y resistir repetidamente las corrientes de falla y de las descargas atmosfricas.

Las caractersticas de los movimientos de los sistemas de conexin a tierra deben ser: Tener una resistencia a la corrosin en suelos de variada composicin qumica, de manera que asegure un comportamiento continuo durante la operacin del equipo a proteger. Tener buenas propiedades de resistencia mecnica. El diseo de la red de tierras debe ser econmico.

Uno de los elementos principales de una instalacin de red de tierras es el electrodo de puesta a tierra. La resistencia del electrodo de puesta a tierra, llamado tambin varilla de tierra, tiene tres componentes:

1. Una es su propia resistencia elctrica, la cual puede ser despreciable para efectos de clculo, esto debido a que idealmente es cero, as el drenado de corriente ser mediante l como es deseado. Pero las conexiones entre electrodo y conductor de bajada pueden llegar a tener una resistencia considerable con el tiempo.

2. La resistencia elctrica de contacto entre electrodo y suelo, cuando el electrodo est libre de grasa o pintura es despreciable. Sin embargo a resistencia de contacto puede aumentar significativamente en terrenos secos, aumentando rpidamente cuando el contenido de humedad disminuye por debajo de un 15%.

3. Resistividad del terreno alrededor del electrodo. Introduciendo un electrodo en un terreno uniforme, la corriente se dispersar uniformemente alrededor del electrodo. La resistividad del terreno vara ampliamente segn su composicin y zonas climticas, tambin vara estacionalmente debido a que la resistividad se determina en gran proporcin por el contenido de electrolito, consistente de agua, minerales y sales. Adicionalmente tambin vara con la temperatura. Algunos valores tpicos de resistividades de suelos se resumen en la siguiente tabla:

TIPOS DE PUESTA A TIERRA

Puesta a Tierra para Proteccin

En este tipo de puesta a tierra, es necesario conectar elctricamente al suelo todas aquellas partes de las instalaciones elctricas que en condiciones normales no se encuentren sujetas a tensin pero que pueden tener diferencias de potencial a causa de una falla, como por ejemplo: tanques de transformadores o interruptores, carcasas de mquinas en operacin, tableros elctricos, soportes metlicos de aparatos y equipos, etc.

Puesta a Tierra para Funcionamiento

Con el fin de dar una mayor seguridad, un mejor funcionamiento y eventualmente una mayor confiabilidad respecto a la operacin, es necesario establecer una conexin a tierra en determinados puntos del sistema, para ello, es necesario conectar a tierra ciertos puntos del sistema como son los siguientes: neutros de generadores y transformadores con devanados conectados en estrella, la conexin a tierra de los apartarrayos, la conexin a tierra de los hilos de guarda de los transformadores de potencial, etc.

MTODOS PARA CONOCER EL VALOR DE LA RESISTENCIA ELCTRICA DE UN SISTEMA DE TIERRA

Uno de los aspectos ms importantes en el diseo de una red de tierra, es el valor de resistencia elctrica que presentar el terreno donde se localice nuestro sistema, es bien sabido que la resistencia elctrica es el factor ms importante a considerar cuando se requiere manipular la direccin de una corriente, en nuestro caso, la corriente de falla.

Como sabemos, una ruta que implique menor resistencia elctrica tendr preferencia en el momento que la corriente se transmita de un punto a otro, por ello, podemos maniobrar su direccin dentro de un sistema presentndole caminos donde su traslado de un punto a otro, sea prcticamente directo, es decir, que no presente resistencia elctrica de valores considerables, a este proceso dentro de un sistema elctrico lo denominamos drenado. Cuando se presenta una falla, se intenta drenar la corriente originada, corriente de falla, a un punto donde no produzca daos al sistema elctrico de potencia donde tuvo lugar, a ese punto lo denominamos Tierra y tiene la funcin de impedir la llegada de corrientes indeseadas o de falla a nuestros elementos de circuito.

La resistividad del terreno se mide por medio de diferentes procedimientos, cada uno de ellos presenta diferentes particularidades y tendr como herramientas diferentes aparatos para un mismo fin, que ser conocer el valor de resistencia elctrica que presente el terreno de prueba.

Es importante destacar que se recomienda elaborar dichas pruebas en temporadas de sequa, es decir, las condiciones ms crticas, esto nos permitir conocer los valores extremos a los que se encontrar trabajando el sistema, por ejemplo, si se presentara humedad en el terreno, el valor de resistencia sera menor al que tendramos en un da templado y sin presencia de lluvia, debemos recordar que en el diseo es importante considerar los valores crticos de operacin a los que estar expuesto nuestro sistema, por ello, debemos obtener los datos de resistencia en das donde el terreno presente su resistencia mxima tal como sucede en los das de sequa.

Tomando como base una resistencia mxima podremos asegurar que en los das donde las condiciones climticas mejoren la resistencia del terreno, es decir, en das hmedos, nuestro sistema operar en ptimas condiciones.

Una vez determinada la posicin de las estructuras y por consecuencia lgica las cimentaciones de las mismas, se procede a ejecutar la medicin de la resistividad del suelo.

En las siguientes pginas se presentar el procedimiento, aparatos y equipo necesarios con los cuales podemos realizar una medicin de resistencia en un terreno de acuerdo al Mtodo Wenner tambin conocido como el Mtodo de los cuatro electrodos. El Mtodo de los cuatro electrodos se usa para conocer la resistividad del terreno antes de colocar las estructuras que soportarn las lneas de transmisin, cuando el caso solicita conocer un valor de resistividad del terreno con estructuras que soportan lneas en operacin o sin ella se utilizan variaciones del mtodo tambin expuestas en las siguientes pginas.

Mtodo Wenner o de los Cuatro Electrodos

Aparatos y Equipo:

Megger de tierra o Vibroground. Electrodos: Normalmente son cuatro varillas Copperweld de 15.9 mm de dimetro y con una longitud que puede variar desde los 7.5 m hasta los 10 m. El dimetro de las varillas debe ser menor cuando el suelo sea suave o cuando se requiera medir la resistividad superficial con una pequea separacin entre varillas. Cables: Los cables debern ser de cobre con un aislamiento para 600 V calibre 14 AWG o mayor. La longitud estar en funcin de la separacin mxima que exista entre los electrodos. 4 Conectores mecnicos de grapa. Cinta mtrica.

Procedimiento:

1. Colocar las varillas clavndolas en el suelo a una profundidad b de 2 a 3 m dispuestas en lnea recta con una separacin uniforme a entre ellas. Se debe procurar que las varillas queden en un plano horizontal y no hacer huecos alrededor de las varillas, ya que esto aumentara el valor de la resistencia al no tener contacto electrodo-tierra y nos dara un valor errado.

2. Las terminales de corriente del instrumento C1 y C2 se conectan a travs de los cables a las varillas de los extremos, las de potencial P1 Y P2 a las varillas intermedias como se indica en la siguiente figura:

3. Energizar el instrumento tomando en cuenta las indicaciones del instructivo y tomar las lecturas respectivas de resistencia en Ohms.

4. Calcular la resistencia mediante la frmula:

Normalmente se considera una profundidad igual a la separacin entre los electrodos. La frmula anterior es vlida slo si la distancia entre los electrodos es mayor que la profundidad a la que se entierran las varillas, aproximadamente a=10b.

En el caso que a=b se debe usar la frmula en su versin general, que es la siguiente:

Donde n tiene un valor entre 1 y 2 dependiendo de la relacin b/a como se indica en la siguiente tabla:

Si b es muy pequea comparada con a, usaremos:

Procedimiento de campo:

1. En el rea que se desea medir la resistividad, se trazan dos lneas de prueba como se indica en la siguiente figura:

Pueden escogerse L1 y L2 o L3 y L4 o ambas si se requiere mayor informacin, dependiendo del tamao del terreno.

2. Medir la resistencia R en cada lnea de prueba con el mtodo de medicin indicado en el punto, comenzando en el centro de la lnea y variando cada vez, la separacin entre los electrodos como se indica a continuacin:

3. Si se observa inestabilidad en el equipo se debe aumentar el nmero de mediciones de terreno y el nmero de ellas se limitar aproximadamente a 0.5L. Por ejemplo, si L=100m la a mxima ser de 50 m y sera necesario realizar cinco mediciones ms aumentando cada vez 4m.

4. Repetir el punto dos para la otra lnea de prueba.

5. Calcular la resistividad de acuerdo a como se defini anteriormente.

6. Registrar datos y elaborar las grficas correspondientes.

Errores comunes:

Durante el proceso para conocer el valor de la resistencia del terreno suelen cometerse errores, por ello es recomendable poner atencin en algunos factores, condiciones o consideraciones como lo son las siguientes:

a. El uso apropiado de la frmula cuando ab como se indic con anterioridad.

b. Cuando la distancia entre los electrodos es muy grande (valores pequeos de R en el lmite o por debajo de la escala menor del instrumento) se puede presentar inestabilidad en el instrumento. En este caso, se deber aumentar la distancia entre los electrodos de potencial como lo indica la siguiente figura:

El emplear esta distancia entre los electrodos de potencial requiere el uso de la siguiente frmula para conocer el valor de la resistencia:

Los resultados concuerdan con dentro del 10% o menos, generalmente 4% cuando la distancia de los electrodos de potencial no exceden el 80% entre los electrodos de corriente si D