Metodosdemediciondepuestaatierra

Universidad Fermín Toro
Decanato de Ingeniería
Escuela de Eléctrica
Cabudare Edo. Lara
Métodos para realización de
mediciones de puesta a tierra
Elaborado por:
Arrieche Teomar

Métodos de medida
Existen diversos métodos para determinar la resistividad de un terreno
pudiendo citarse, en primer lugar, el basado en la toma de muestra y el de los
electrodos, pero que solo proporcionan indicaciones muy locales, consecuente,
insuficientes o engañosas para la concepción de las tomas de tierra.
También, en alguna ocasión, se utiliza el sistema consistente en medir la
resistencia de tierra de un electrodo que responda que responda a una fórmula
bien conocida, (pica, por ejemplo) para determinar, a partir de ahí, la
resistividad del terreno que rodea, método que tiene la ventaja de proporcionar
una medida global pero cuya aplicación no resulta adecuada más que si la toma
de tierra a implantar es de dimensiones comparables a la de los electrodos
utilizados como referencia.

Por otro lado, como que los electrodos de medida también poseen resistencia
de tierra y su valor puede ser considerable más alto que el que desea medirse
de forma análoga a como ocurre cuando se tienen que efectuar mediciones de
resistencia metálicas muy bajas, con resistencia de contacto comparable con
ella, la mejor solución es utilizar el método de los 4 terminales, descrito a
continuación.

Es el más utilizado para determinar la resistividad del terreno. En este
procedimiento, se establece la resistividad, en función de la profundidad en la
vertical de un punto, haciendo circula una corriente, I, con ayuda de un generador,
G entre dos electrodos puntuales, de pequeñas dimensiones, hincados en el suelo A
y B.
En terreno homogéneo, de resistividad , el valor del campo eléctrico, E, en el
punto O, debido a la presencia de las cargas eléctricas de signos contrarios
procedente de A y B, tiene por valor
Si el Punto O está situado en la mitad de AB, de tal forma que AO= OB = x,
queda

De donde se deduce la formula siguiente de la resistividad del suelo bajo el punto
O:
Puesto que el suelo raramente es homogéneo, realmente la formula expresa la
resistividad aparentes de las capas existentes en el suelo bajo en punto O, justo
hasta la profundidad alcanzada por el filete de intensidad de corriente media que
circula entre los electrodos A y B.
Prácticamente, el campo eléctrico, E, se determina por el cociente entre la diferente
de potencial Uc – Ud que existen entre dos sondas de tierra, C y D dispuesta
simétricamente con relación a O y su separación, L.

Expresando la diferencia de potencial en función de la distancia respectiva de los
puntos C y D con respecto a las corrientes +I y –I, se tiene:
Y, por tanto, la resistividad aparente , de las capas acumuladas del terreno debajo
del punto O será:
Que es la formula general para la medida de la resistividad aparente del terreno,
cualquiera que sean las longitudes existentes entre los electrodos, despreciando la
profundidad de enterramiento de las picas de medida.

El termino (Uc – Ud) / I es la resistencia R en ohmios, que proporcionan directamente
los instrumentos de 4 bornes comúnmente utilizados, cuyo circuito voltimétrico se
conecta a las tomas C y D y el amperímetro a la A y B.
En el caso de que el suelo sea homogéneo la resistividad aparente es idéntica a la
resistividad real.

Es un caso particular del método de los 4 electrodos, que se disponen en líneas rectas y
equidistantes, simétrica respecto al punto en el que se desea medir la resistividad de suelo,
no siendo necesario que la profundidad de las piquetas, que para ello se utilizan, sobrepase
los 30cm.
El aparato de medida es un telurómetro clásico, siendo los dos electrodos extremos los de
inyección de la corriente de medida, I, y los dos centrales, los electrodos de medida de
potencial (igual a 3a en este).
En estas condiciones, la fórmula general anterior queda simplificada en:

En relación con ese método, debe de tenerse presente los siguientes aspectos:
Noción de la profundidad de investigación
La densidad de la corriente en el suelo decrece regularmente cuando aumenta la
profundidad en la vertical de los dos electrodos centrales de medida del potencial ya que la
corriente penetra tanto más profundamente en el suelo cuando más alejados estén los
electrodos de inyección.
En la práctica se puede admitir que la resistividad aparente es, básicamente, la de la capas
comprendidas entre la superficie del suelo y la profundidad a la cual la densidad de
corriente se ha reducido a la mitad de su valor en la superficie, siendo esta profundidad de
investigación, h, del orden de magnitud de la distancia “a” que separa dos picas
adyacentes, en suelo homogéneo (h está comprendida entre “a” y “0,75a”).
Elección de la profundidad de investigación
Cuanta mayor extensión ocupe el electrodo de tierra, mayor será la profundidad del suelo
de cuyas características dependen las de la red de tierra.
Por otro lado, el reparto de potencial en la superficie es función, principalmente, de la
resistividad de las capas de terreno superficial mientras que la resistencia de tierra no
depende tanto.

Considérese primero, a título de ejemplo, un electrodo hemiesférico de radio rh
hundido en la superficie de un terreno homogéneo.
A una distancia de 2rh del centro del hemisferio se ha visto que el potencial de un
punto del suelo no es más que el 50% del que posee el electrodo, mientras que la
distancia 4rh, su valor ha disminuido al 25%. Otro ejemplo es el de un disco de radio r,
dispuesto a escasa profundidad, que también se ha representado en la figura y que es
equivalente a aquél.
El potencial del suelo, a una profundidad igual a 2,4r (que en el caso de la hemiesfera
equivalente, corresponde a 3,8 veces el radio, rh´ de la misma), vale el 25% del que
posee el disco.
En consecuencia, las medidas de la resistividad del terreno por el método de Wenner
deben realizarse dentro de esos límites.

Este método consiste en encontrar la resistencia combinada entre el electrodo a
probar y uno de resistencia despreciable.
Figura 1 Método de la tierra conocida
Rx+Ro
En este método se hace circular una corriente entre las dos tomas de tierra, esta
corriente se distribuye en forma similar a las líneas de fuerza entre polos magnéticos.
El inconveniente de este método es encontrar los electrodos de resistencia conocida
y los de resistencia despreciable.

Este método resulta de una simplificación del expuesto
precedentemente. En este caso, se mide la resistencia total de la
toma de tierra bajo ensayo y de otra toma auxiliar, cuya
resistencia de tierra se presupone despreciable frente a la
primera.
Como es de esperar, el valor de resistencia que se obtiene de
esta manera está sujeto a grandes errores cuando se usa para
medir resistencias pequeñas, pero en algunas ocasiones es muy
práctico para los ensayos "por sí o por no".

Consiste en enterrar tres electrodos (A, B, X), se disponen en forma de
triángulo, tal como se muestra en la figura 2, y medir la resistencia
combinada de cada par: X+A, X+B, A+B, siendo X la resistencia de
puesta a tierra buscada y A y B las resistencias de los otros dos
electrodos conocidas.
Figura 2 Método de las tres puntas
Las resistencias en serie de cada par de puntos de la puesta a tierra en el
triángulo será determinada por la medida de voltaje y corriente a través de
la resistencia. Así quedan determinadas las siguientes ecuaciones:

R1= X+A
R2= X+B
R3= A+B
De donde
X= (R1+R2-R3)/2
Este método es conveniente para medidas de resistencias de las bases de las
torres, tierras aisladas con varilla o puesta a tierra de pequeñas
instalaciones. No es conveniente para medidas de resistencia bajas como las
de mallas de puesta a tierra de subestaciones grandes. El principal problema
de este método es que A y B pueden ser demasiado grandes comparadas con
X (A y B no pueden superar a 5X), resultando poco confiable el calculo.

En este método la resistencia a medir, es comparada con una resistencia
conocida, comúnmente usando la misma configuración del electrodo como en el
método de la caída de potencial. Puesto que este es un método de comparación,
las resistencias son independientes de la magnitud de corriente de prueba.
La resistencia en serie R de la tierra bajo prueba y una punta de prueba, se mide
por medio de un puente el cual opera bajo el principio de balance a cero.

Para instalaciones donde no se pueden clavar las picas auxiliares ni se
disponemos de tensión de suministro para realizar la medición de la
resistencia de tierra mediante el bucle, podemos utilizar la pinza medidora
de tierras.
La pinza medidora de tierras es un instrumento capaz de medir la
resistencia de Tierra, utilizando un método simplificado que no requiere
picas auxiliares ni tampoco requiere desconectar el electrodo de tierra en
prueba.
Este instrumento puede medir la Resistencia de Tierra en la mayoría de los
sistemas de tierra múltiples.
A continuación se describen aplicaciones prácticas de la Pinza medidora de
Tierras.

Las Fig. 3 y 4 muestran la medición de la resistencia de tierra del electrodo
de un poste conectado a tierra, que forma parte de un sistema de tierra
múltiple de electrodos conectados a otros electrodos:
desde el cableado de postes similares
A través de un conductor de tierra a los electrodos de tierra de otros postes.
La lectura obtenida indica la resistencia del electrodo de tierra bajo prueba
incluyendo el valor total del resto de los electrodos de tierra en paralelo.
Sin embargo el valor total de la resistencia de tierra del resto de los
electrodos en paralelo con él será insignificante comparado con el valor del
electrodo en prueba, por lo tanto se puede asumir que la lectura de la
pantalla puede ser, en la práctica, la resistencia de tierra del electrodo de
tierra en prueba.

La Fig.4 muestra la medición de la resistencia de tierra del electrodo de un
poste de un sistema público de iluminación. En algunos casos los postes de
alumbrado público pueden estar conectados entre ellos mediante el
conductor de protección. En estos casos se puede utilizar la pinza medidora
de tierra para comprobar la resistencia de tierra de cada una de las farolas.
Como en el ejemplo anterior, la lectura obtenida utilizando la pinza
medidora de tierra indica la resistencia del electrodo en prueba.

Métodos de medición
de la resistencia de
tierra

Algunos de estos medidores además permiten realizar la
medición de la resistencia de tierra mediante un método
simplificado que en lugar utilizar como referencia las dos
picas auxiliares se pueden utilizar una tubería de agua o el
propio neutro.

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