Mediciones Eléctricas II - fi.mdp.edu.ar · 1. Objetivo del Trabajo Práctico: El trabajo consiste en la determinación de la resistencia de una toma de tierra, y de la determinación

Universidad Nacional de Mar del Plata.

Facultad de Ingeniería.

Departamento de Ingeniería Eléctrica - Electromecánica

Mediciones Eléctricas II

Práctica de Laboratorio

Tema: Puesta a Tierra de Sistemas Eléctricos.

Cátedra: Mediciones Eléctricas II Área Medidas Eléctricas – UNMDP.

Jefe Trabajos Prácticos: Ing. Guillermo Murcia.

Ayudante Graduado: Ing. Hernán Antero.

Ayudante Graduado: Ing. Fausto Gelso.

Ayudante Graduado: Ing. Jorge Strack.

UNMDP.


Departamento de Ingeniería Eléctrica - Electromecánica.

Cátedra Mediciones Eléctricas II

Puesta a Tierra de Sistemas Eléctricos - 2 -

PUESTA A TIERRA DE SISTEMAS ELÉCTRICOS.

1. Objetivo del Trabajo Práctico:

El trabajo consiste en la determinación de la resistencia de una toma de tierra, y

de la determinación de la resistividad de terreno.

2. Fundamento Teórico:

2.1. Introducción:

Existen aún algunas opiniones de que las tomas de tierra solo tienen una función

estática o pasiva. Como tales, se les asigna una importancia infinitamente menor que a

los demás elementos de la instalación; máquinas, transformadores, aparataje (de

maniobra, protección, medición, etc). Pero, la naturaleza de las cosas muestra (a

menudo al precio de graves siniestros en los materiales) que las tomas de tierra tienen

en realidad una función activa del mismo valor que los otros elementos de la instalación

del cual forman parte.

Si no se constatan accidentes personales (sobre todo en las subestaciones) es

porque es muy pequeña la probabilidad de que una persona se encuentre en posición de

contacto favorable en el momento de la falla. Sin embargo ello no nos puede dispensar

de tomar las precauciones necesarias para la seguridad de las personas.

Las tres funciones más importantes que cumplen las tomas de tierra en las

instalaciones eléctricas son:

1. La FUNCIÓN ESTÁTICA de fijar el potencial de las masas conductoras de la

instalación (tomas de protección).

2. La FUNCIÓN DINÁMICA TRANSITORIA de 50Hz para proteger las personas

y materiales complementando la acción de otros elementos (interruptores,

disyuntores, descargadores, fusibles) frente a sobreintensidades de cortocircuitos

a tierra y sobretensiones de maniobra.

3. La FUNCIÓN DINÁMICA TRANSITORIA IMPULSIVA para las corrientes

de descargas atmosféricas u otras de frente escarpado, en hilos de guardia de

líneas y subestaciones y/o descargadores.

Para diseñar los sistemas de puesta a tierra de seguridad, se toman en cuenta los

efectos producidos por la circulación de corriente a través del cuerpo humano. Estos

efectos son:

1. Calentamiento (quemadura)

2. Paralización cardiaca (por fibrilación)

3. Contracciones musculares.

4. Efectos neurológicos dañinos permanentes.

5. Electrólisis de la sangre, si se trata de corriente continua.

Los cinco efectos son proporcionales a la cantidad de electricidad que circula a

través del cuerpo y la duración de esta corriente de descarga.

UNMDP.





La corriente circulante a través del cuerpo humano

depende de:

a) La tensión de contacto.

b) La condición de contacto.

c) El camino de la corriente a través del cuerpo.

La Figura de la derecha indica impedancia interna del

cuerpo humano como una función del camino de la corriente;

Los números indican el porcentaje de la impedancia del

cuerpo humano para el camino indicado en relación al

camino mano a mano (100%). Los números entre paréntesis

se refieren al camino de la corriente entre las dos manos y la

parte correspondiente del cuerpo. Las mediciones fueron

hechas sobre 50 personas vivas con voltaje de contacto hasta

15 V y 100 personas con 25 V, con corriente de paso mano a

mano y con superficie de contacto de aproximadamente 80

cm2 en condiciones secas.

Definiciones:

1) Umbral de Percepción:

Es el valor mínimo de la corriente que causa alguna sensación para la persona

atravesada por ella.

2) Umbral de desprendimiento:

Es el valor máximo de corriente a la cual alguna persona agarrada a electrodos

puede desprenderse de ellos.

3) Umbral de Fibrilación Ventricular:

El valor mínimo de la corriente el cual causa fibrilación ventricular.

4) Período Vulnerable:

El período vulnerable abarca una parte comparativamente reducida del ciclo

cardíaco (10 al 20%), durante el cual las fibras del corazón están en estado no

homogéneo de excitabilidad y la fibrilación ventricular ocurre si ellas son excitadas por

una corriente eléctrica de suficiente valor.

Rango de corrientes peligrosas:

A) Umbral de Percepción:

Este depende de varios parámetros tales como: área del cuerpo en contacto,

condiciones del contacto (seco - mojado - temperatura) y también de las características

fisiológicas de las personas, en general se toma 0,5 mA independiente del tiempo.

B) Umbral de desprendimiento:

Al igual que en A) dependen de los mismos parámetros. Un valor de 10mA se

considera normal.

UNMDP.





C) Umbral de fibrilación ventricular:

Este valor depende de parámetros fisiológicos (anatomía del cuerpo, estado del

corazón, duración camino, clases de corrientes, etc. Con corriente de 50 y 60 Hz hay

una considerable disminución del umbral de fibrilación y su aparición, si la corriente

fluye más allá de un ciclo cardíaco (400 mseg.) Para shock eléctrico menor a 0,1 seg. la

fibrilación puede ocurrir recién con corrientes mayores a 500 mA. Y para 3 seg. a solo

40 mA. La fibrilación ventricular es la causa principal de muerte por shock eléctrico,

pero esta también se produce por asfixia o paros cardiacos. Otros efectos: Contracciones

musculares, dificultades en la respiración, aumento en la presión y paros cardíacos

transitorios pueden ocurrir sin llegar a la fibrilación ventricular.

La corriente eléctrica tiene efectos sobre el cuerpo humano, posteriores al

momento de su descarga. Así, se comprueban efectos luego de 6 meses en hombros y

riñones por descargas recibidas a través de la mano.

Duración de la corriente de descarga a lo largo del cuerpo:

Los efectos de la descarga a través del cuerpo están en relación con la cantidad

de electricidad que lo atraviesa.

En la bibliografía pueden encontrarse curvas de tiempo / corriente de efectos

como la que se muestra a continuación. En esta curva se muestra el efecto de la

corriente sobre las personas (15 a 100 Hz.) donde se distinguen varias zonas.

Zonas Efectos Fisiológicos. Zona I Normalmente sin reacción

Zona II Usualmente sin efectos fisiológicos.

Zona III Usualmente no se esperan daños orgánicos. Aparecen contracciones musculares y dificultad en la respiración, disturbios reversibles de impulsos en el corazón. Paros cardiacos transitorios sin fibrilación ventricular se incrementan con la corriente y el tiempo.

Zona IV En adición a los efectos de la Zona III, la probabilidad de fibrilación ventricular se incrementa hasta un 5% sobre (curva C2), y hasta un 50% (curva C3), y arriba de un 50% por encima de la curva C3. Los efectos de paros cardiacos, respiratorios y quemaduras pueden ocurrir con el incremento de la corriente y el tiempo.

UNMDP.





Donde:

A) Umbral de Percepción:

B) Umbral de desprendimiento:

C) Umbral de fibrilación ventricular:

Note que el punto X es el punto de accionamiento de los Interruptores

Automáticos de Corriente Diferencial 30mA - Y - Accionamiento según Norma IRAM

2301.

2.2. Vocabulario técnico a utilizar en lo que sigue:

Para dejar bien definidos los términos que usaremos en lo que sigue, nos

adherimos a lo establecido en las normas alemanas VDE 0100/11.58 capitulo II, Párrafo

3 N, incisos e y g, y las italianas CEI Nº 11-8, fascículo Nº 176, edición 1962, capítulo

I, sección 2.

SUELO:

Es el conjunto de materiales que conforman la superficie terrestre (terreno)

en contacto directo con la puesta a tierra (P.A.T.). Está compuesto, en su

mayor proporción, por diferentes porcentajes de: la roca madre que lo

genera, los productos de su composición (regolita), humus, agua y aire, que

ocupan sus intersticios libres.

TIERRA DE REFERENCIA o SUELO ELECTRICAMENTE NEUTRO

(SEN):

Es un área de terreno, en particular de su superficie, la cual está tan alejada

del electrodo dispersor que no existen diferencias de potencial entre dos

puntos de ella cuando circula corriente por este.

La Figura 1 muestra en (a) el concepto siguiendo la teoría del electrodo

hemisférico que usaremos en lo que sigue y en (b) la ilustración empleada

por la Norma VDE 0100/11.53.

ELECTRODO DISPERSOR (ELECTRODO DE TOMA DE TIERRA):

Llamamos electrodo dispersor o electrodo de toma de tierra a cualquier

conductor enterrado que hace contacto directo con el suelo (cintas, jabalinas,

placas, cables desnudos, cañerías metálicas de agua). Las partes desnudas (es

UNMDP.





1 – Piso no aislante.

E – Tierra de referencia.

R – Resistencia total de contacto con tierra.

RD – Resistencia de dispersión.

RC – Resistencia de contacto “piso – tierra de

referencia”.

UB – Tensión de contacto.

UF – Tensión de falla.

decir no aisladas) de las conexiones enterradas se consideran como parte

integrante del electrodo dispersor.

CONEXIÓN A TIERRA:

Es un conductor que conecta la parte de la instalación que se quiere poner a

tierra con el dispersor. Se diferencia de este en que no está enterrado y, si lo

está es aislado, o sea que en este conductor no hay asociación suelo-metal.

RESISTIVIDAD DEL SUELO:

Resistividad aparente o equivalente de un suelo; es la resistencia eléctrica

especifica o volumétrica del mismo. Se expresa, en general, en ohmios por

metro cuadrado / metro o sea: Ω.m y representa la resistencia que existe

entre dos caras opuestas de un cubo de suelo de un metro de arista.

RESISTENCIA DEL ELECTRODO DISPERSOR (RESISTENCIA DE

DISPERSIÓN):

Es la resistencia del suelo entre el electrodo dispersor (o el sistema de tomas

de tierra) y el SEN (suelo eléctricamente neutro).

TENSION o POTENCIAL DEL ELECTRODO DISPERSOR (UE):

Es la tensión que aparece entre el electrodo dispersor (o el sistema de tomas

de tierra) y la tierra de referencia (SEN) debido a la circulación de corriente a

través de dicho electrodo. (ver Figura 1).

TENSION DE FALLA (UF):

Es la tensión que en el instante de falla aparece entre partes conductoras

accesibles, que no forman parte del circuito de potencia, o entre estas y la

tierra de referencia (SEN). (ver Figura 2).

R

U B

R C R D

E E

R S T

S

T

U F

Aparato ó maq. eléctrica

1

Figura 2 Tensión de falla UF y de contacto UB con piso no aislante.

Figura basada en la norma VDE 0100/11.58

UNMDP.





TENSION DE CONTACTO PERSONAL (UB):

a) Es la parte de la tensión de falla o de la tensión del electrodo dispersor que

puede ser alcanzada por una persona. (ver Figura 2).

b) Es la tensión a la cual puede ser sometido un cuerpo humano como

consecuencia de un contacto con la carcasa o estructura metálica

(normalmente sin tensión) de máquinas o aparatos eléctricos. (ver Figura 3).

TENSION DE MALLA (UM):

Es la máxima tensión de contacto (definida en el punto “b” anterior) que se

puede producir en una red mallada de puesta a tierra, cuando la persona se

halla de pié alrededor del centro de la malla y toca con sus manos la máquina

o aparato conectado a la red y que está ubicada cerca del borde o en el

mismo borde de la malla.

Análogamente, la máquina o aparato puede estar en el centro de la malla y la

persona en los alrededores del borde de esa malla. (ver Figura 4).

Aparato ó maq. eléctrica

1m

U B

U

U R

U M

U E

Cables de mallas CORTE A -B

A B

RED DE PUESTA A TIERRA (MALLA)

1

Figura 3 Potencial absoluto UE y Tensión de contacto UB cerca de

una estructura que dispersa una corriente por suelo.

Figura 4 Distribución de potencial absoluto UE en la

proximidad de los cables enterrados de la red

mallada de puesta a tierra de una subestación.

1 – Nivel de suelo.

UR – Potencial de la red.

UM – Tensión de malla.

UNMDP.





TENSION DE PASO (US):

a) Es la parte de la tensión del electrodo dispersor que puede ser alcanzada

por una persona con un paso de aproximadamente un metro. (ver Figura 1).

b) Es la tensión que, durante el funcionamiento de una instalación de toma

de tierra, puede resultar aplicada entre los pies de una persona a distancia del

paso (ver Figura 5)

2.3. Condiciones generales de servicio necesarias en una toma de tierra.

La forma y dimensiones adecuadas del electrodo dispersor y el contacto eléctrico

eficaz con el terreno y en particular con las capas conductoras húmedas del subsuelo,

permiten asegurar que la toma de tierra puede tener:

1. Una resistencia a 50 Hz de valor “bajo”.

2. Una impedancia mínima frente a las ondas impulsivas de corriente y tensión.

3. Una gran capacidad de difusión de corriente y un campo eléctrico de baja

intensidad en el estado dinámico.

4. Un gradiente de potencial reducido a nivel del suelo circundante a la toma de

tierra.

2.4. Resumen de la teoría de las tomas de tierra.

Introducción: hipótesis básica.

La teoría que desarrollamos a continuación se basa en las siguientes hipótesis:

a) El suelo es homogéneo e isótropo y su resistividad eléctrica es ρ [Ω.m]

constante.

b) Las líneas de corriente que salen del electrodo (que es la primera superficie

equipotencial) se dispersan alrededor del electrodo y se mantienen siempre

perpendiculares a cada superficie equipotencial, que tiene una forma igual o parecida a

la del electrodo y de tal modo que las equipotenciales suficientemente alejadas del

electrodo, resultan ser esféricas o semiesféricas.

Se analizará el electrodo dispersor de forma hemisférica o semiesférica.

1m

U S

U E

Cable de malla

Figura 5 Potencial absoluto UE y Tensión de paso US

cerca de un conductor enterrado que dispersa

una corriente por el suelo.

UNMDP.





Teoría de la toma de tierra

En la Figura 6 se representa un electrodo de radio “a” al cual se le hace circular

una corriente “I”. La densidad de corriente a una distancia “x” es

2)(

)(..2 x

I

S

I

xx

(1)

Figura 6

El campo eléctrico E(x) producido por la corriente I, se expresa por la ley de Ohm

microscópica:

)()( . xxE (2)

La diferencia de potencial U12 entre dos puntos de coordenadas X, X1 y X2 es:

2

1

21.)(2112

X

X

xXX dxEUUUUU (3)

2112

11.

.2

.

XX

IU

(4)

Si X1 = a (radio del electrodo) y X2 = x, en la ecuación (4) resulta (Figura 7) que:

x

a

a

I

xa

IU ax 1.

..2

.11.

.2

.

(5)

x

a

E

I

E

I

UNMDP.





El potencial absoluto del electrodo “Ua” que es el que tiene con respecto al SEN

(suelo eléctricamente neutro) se tiene con la siguiente fórmula

a

IUU axxa

..2

.lim

(6)

y por definición, resulta la resistencia de dispersión “Rd” o de puesta a tierra del

electrodo dispersor hemisférico:

aI

URR a

PATd..2

(7)

Figura 7

Observando la Figura 8, mediante tres voltímetros “imaginarios”, podemos

comprender bien la siguiente ecuación:

Figura 8

xaxa UUU (8)

De la cual resulta que el potencial absoluto “Ux” del punto x es:

axax UUU (9)

x

IU x

1.

.2

.

(10)

U

I

a

Ua

2a

3a

5a 10a

Ux x

Ux

Uax

U

I

a

Uax

x

V

SEN

V

Ux

V

Ua

UNMDP.





Este potencial se puede expresar en “tanto por uno (0/1)” sobre la base de Ua,

con lo cual queda:

x

a

U

UU

a

xx )1/0( (11)

El campo eléctrico o gradiente de potencial máximo, junto al electrodo, es decir

en su inmediata vecindad, resulta:

a

U

a

IEE a

aMAX 2

1.

.2

.

(12)

La tensión de contacto viene dad por:

x

aUUU aaxB 1 (13)

La tensión de paso siendo X1 = x y X2 = x + p siendo p la distancia del paso

(distancia entre los centros de los pies), resulta ser:

px

pU

pxx

xpxI

pxx

IUU xS .

).(

)(.

.2

.11.

.2

.12

(14)

Teoría de la medición de puesta a tierra y de la resistividad de los suelos

Seguiremos para el desarrollo de esta teoría con el mismo suelo homogéneo e

isótropo. Supongamos que en este suelo colocamos un electrodo semiesférico que

llamaremos C1 “de corriente principal” y otro igual que llamaremos C2 situado a una

distancia D del mismo. (Ver Figura 9). Si conectamos sobre estos dos electrodos una

fuente de tensión alterna E se cerrará el circuito a través del suelo y se generará una

corriente alternada I, que supondremos de entrada en un momento dado sobre el

electrodo C1 e I’, de salida, en C2.

Supongamos que, además de estos dos electrodos que llamamos de corriente,

colocamos otros dos P1 y P2, que llamamos de potencial o “sondas de potencial”.

Evidentemente se deberá cumplir que:

I = - I ' (15)

Estas dos corrientes producen los siguientes potenciales absolutos en P1 y P2:

1

1.

.2

.1 X

IU P

1

1.

.2

´.´

1 X

IU P

(16)

2

1.

.2

.2 X

IU P

2´

1.

.2

´.´

2 X

IU P

(17)

UNMDP.





En consecuencia, de las ecuaciones (15), (16) y (17), los potenciales totales de

los puntos P1 y P2 serán:

11 ´

11.

.2

.´

111 XX

IUUU PPPT

(18)

22 ´

11.

.2

.´

222 XX

IUUU PPPT

(19)

Figura 9

La diferencia de potencia entre P1 y P2 valdrá:

2121 12 PTPTPP UUUU (20)

221112

`

11

`

11.

.2

.

XXXX

IU

(21)

Esta es la expresión de la teoría unificada cuyas aplicaciones veremos a

continuación en los párrafos siguientes.

Mediciones de la resistencia de una toma de tierra (resistencia de dispersión)

Sea el electrodo semiesférico C1 de radio “a” (ver Figura 9) cuya resistencia de

puesta a tierra deseamos medir. Como sabemos, la resistencia de puesta a tierra de la

toma de tierra hemisférica es:

aI

URR a

PATd..2

(22)

Donde ρ [Ω.m] es la resistividad volumétrica del suelo (supuesto homogéneo e

isótropo), o bien la “resistividad aparente o equivalente” del suelo heterogéneo, es decir,

aquella que tendría que tener un suelo homogéneo para que el mismo electrodo tuviera

la misma resistencia de puesta a tierra que en el heterogéneo.

a

I´

a C1 C2 P2 P1

E I

UNMDP.





En la Figura 9 supongamos que se conecta P1 con C1. Esto equivale a decir que:

aX 1 (23)

Además, de la Figura 9 se tendría que:

aDXDX 11 (24)

22´ XDX (25)

Hagamos:

DX .2 (26)

siendo α un parámetro a determinar, pero tal que:

1 (27)

Reemplazando las ecuaciones (23), (24), (25) y (26) en la (21) resulta:

DDDaDa

IU

.

1

.

111.

.2

.12

(28)

En la ecuación (28) vamos a agrupar los términos así:

)(12

1.

.2

.

a

IU (29)

De la ecuación (29), hallamos que:

)(

12 ..2

1.

.2

aI

URm (30)

Es decir:

mdm RRR (31)

donde Rm es la resistencia medida, Rd la “verdadera” y ΔRm su error absoluto

sistemático, que vemos que es negativo, es decir, al medir Rm para encontrar Rd

cometemos un error por defecto.

Vamos a hallar ahora los valores de la función ε (α) que hacen que el error

sistemático absoluto ΔRm sea positivo (o nulo). De esta manera, la resistencia medida

Rm tendrá un error positivo (o nulo), es decir por exceso.

UNMDP.





Tendremos entonces que:

1

11

1

1

.

1

.

11)(

D

aDDDaD (32)

Para que sea 0 mR debe ser 0)( (33)

Llevando la condición (33) a la ecuación (32) resulta una ecuación de segundo

grado en:

01

12

12

KK

(34)

En la cual es a

DK (35)

La ecuación (34) admite tantas soluciones como valores pueda tener K, pero se

puede demostrar que para valores de K superiores a 10 los valores de α que satisfacen la

ecuación (34) sufren solo pequeñas variaciones, es decir, se demuestra que el menor

error se comete con α entre 0,629 y 0,62 como se ve en la siguiente tabla:

a

DK

D

X 2

1 1

2 0,707

5 0,643

10 0,629

1000 0,618

∞ 0,618

En conclusión: para que sea mínimo y positivo el error de la medición de la

resistencia de dispersión de un electrodo dispersor de puesta a tierra, se deben ubicar:

1. El electrodo de corriente C2 por lo menos a una distancia diez veces mayor que

el radio “a” (o dimensión característica del electrodo a medir).

2. El electrodo de potencial P2 a una distancia no menor al 62% de la distancia “D”

entre los electrodos de corriente C1 (a medir) y C2 (auxiliar).

Estos conceptos se aclaran en el punto correspondiente a Mediciones Prácticas

Mediante Aparatos”.

Medición de la resistividad de un suelo por el método de Wenner.

En la ecuación (22) hemos definido la resistividad aparente o equivalente

alrededor de un punto Or de referencia. Partiendo de la fórmula (10), Wenner, mediante

un simple artificio, propuso un método de medición de la misma que, por su sencillez,

se ha adoptado universalmente. Este artificio consiste en adoptar la misma distancia

UNMDP.





entre sí para los cuatro electrodos de la Figura 9 con lo que ésta queda transformada en

la Figura 10.

En efecto, se tiene:

dX 1 dXDX .2´ 11

dX .22 dXDX 22´

dD .3

Figura 10

Si la profundidad “h” del hincado de los electrodos C1 y C2 y las sondas P1 y P2

es tal que: 20

dh (36), resulta aplicable la ecuación (21), porque los electrodos se

pueden suponer como si fuesen “hemisféricos”.

Por lo tanto, en la ecuación (21) se tiene que:

dddd

IU

1

.2

1

.2

11.

.2

.12

(37)

d

IU

1.

.2

.12

mRdI

Ud ...2...2 12

en donde Rm es la resistencia que se mide con el medidor (llamado telurímetro) en la

conexión de la Figura Nº 12.

La resistividad medida “ρ” con las distancias “d” alrededor del punto Or es la

resistividad “global” o “aparente” o “media” a la profundidad h = d.

Dado que toda la teoría que hemos desarrollado se basa en la del electrodo

hemisférico, en la disposición de Wenner el punto Or queda, de hecho, centrado en la

línea de los cuatro electrodos. Dada la forma de las superficies equipotenciales de U1-2,

el valor de Rm será el mismo para todos los puntos comprendidos en la semiesfera de

UNMDP.





suelo de radio d/2, según lo destacamos en la Figura 9. Esto permite explorar el valor de

resistencia a diferentes profundidades variando d.

3. Mediciones Prácticas Mediante Aparatos.

Con la fin de medir de manera práctica los valores de la resistencia de dispersión

de una toma de tierra (RPAT) y de la resistividad media de los suelos (ρ), se ha diseñado

un instrumento llamado telurímetro (de telúrico = referido a la tierra y metro = medir).

Este instrumento incluye los elementos que se utilizan para determinar estos valores en

otras metodologías más complicadas y engorrosas, que se usan con finalidades

específicas.

Circuito básico del telurímetro:

Existe una variedad de circuitos, pero esencialmente todos se reducen al

esquema de la Figura 11.

Figura 11.

La comparación de la Figura 11 con la figura 9 nos permite ver que los cuatro

bornes corresponden a los electrodos C1, P1 y P2 y C2 sobre los que hemos desarrollado

la teoría.

Entre los bornes C1 – C2 está conectada una fuente de alimentación y un

amperímetro que entregan la corriente I de nuestra teoría y miden su valor. Es de hacer

notar que esta corriente es alternada para evitar la deformación de valores que los

fenómenos contraelectromotrices producen. La corriente continua está universalmente

contraindicada para mediciones de tierra. La fuente está regulada de modo de producir

una tensión constante, siendo esta una condición básica para las mediciones.

Entre los bornes P1 – P2 se mide U1-2 de nuestra teoría con un voltímetro. La

lectura que da el instrumento es R = U1-2/I

La Figura 12 muestra el circuito básico del medidor de tierra Siemens (Fuente

J.C. Arcioni, “Puesta a tierra de Sistemas Eléctricos de BT, MT y AT” curso dictado en

la Asociación Electrotécnica Argentina, tomo 11). La fuente de alimentación es un

magneto que mantiene el valor de la tensión U. (En los telurímetros electrónicos esta

fuente es un oscilador con salida regulada aproximadamente constante). El principio de

funcionamiento es el siguiente: La caída de tensión entre los electrodos S1 y S2 es

C1 P1 P2 C2

UNMDP.





comparada con la caída de tensión interna en el potenciómetro del instrumento (por

método de comparación). Cuando el detector de cero interno indique cero, el

instrumento indicará la resistencia medida.

Figura 12.

Medición de la resistencia de dispersión de una puesta a tierra con el telurímetro

Retomaremos en este punto la teoría desarrollada en 2.4. El telurímetro se ha

diseñado para medir Ua (ver Figura 7), expresada en la ecuación (6) y el valor “ I ” de la

corriente inyectada que genera esta tensión. Su disposición interna está diseñada para

presentar como lectura la relación entre estas dos magnitudes, o sea:

I

URR a

PATd

En la Figura 13 se muestra la conexión del telurímetro con los electrodos de

medición.

Figura 13. Medición de RP.A.T por caída de potencial.

UNMDP.





Variación de Tensión y Corriente en el Ámbito de la Medición

La corriente de medida a través de RPAT y de C2 generada por el telurímetro

produce una distribución de tensión o de potencial en el terreno como la representada en

la Figura 14.

Figura 14. Distribución de potencial en el terreno producida por la corriente de medida

del telurímetro, con electrodos ubicados a distancia adecuada.

Los círculos rayados representan la extensión de la toma de tierra principal

P.A.T. y de la auxiliar C2. Como hemos visto, en las proximidades de los electrodos

(zonas a) hay fuertes caídas de tensión, mientras que en la zona comprendida entre

ambos electrodos (zona b) existe una tensión prácticamente constante. La resistencia de

la toma de tierra alcanza ya en el punto “P” casi un valor máximo.

De este gráfico se deduce que para evitar un falseamiento en la medición, ésta no

debe realizarse en las zonas “a”, sino en la zona “b”. Generalmente, puede admitirse que

a una distancia de por lo menos cinco veces la extensión de la toma de tierra, la tensión

residual es prácticamente nula. En tomas de tierra de pequeñas dimensiones (estacas o

cintas de poca longitud), suele resultar suficiente una separación de 20 metros entre la

toma de tierra principal y la sonda P2, y unos 40 metros entre la toma de tierra principal

P.A.T. y la toma de tierra auxiliar C2. Esto es lo ya comentado al analizar ε (α).

1 2 3 4

P.A.T. P2 C2

a

P

P

a



Universidad Nacional de Mar del Plata

Facultad de Ingeniería

Departamento de Ingeniería Eléctrica - Electromecánica

PRACTICA DE LABORATORIO.

TEMA:

MEDICIÓN DE PUESTA A TIERRA DE SISTEMAS ELÉCTRICOS

INSTRUCCIONES

Primera experiencia:

Para construir la curva de distribución de potencial sobre el terreno utilizaremos

tres electrodos como muestra la siguiente figura:

Elementos:

Transformador: Su función es disminuir la tensión de línea para realizar la

experiencia en forma segura, y además nos aísla eléctricamente de ella.

Variac: Su función es mantener constante la tensión de alimentación del circuito

de medida.

Amperímetro: Su función es medir la corriente que circula entre los electrodos A

y B que se mantendrá constante a lo largo de la experiencia.

Voltímetro: Su función es medir la diferencia de potencial entre los electrodos A

y C.

V

Uac

A

I

220V 30V 30V

Transformador

VARIAC A C B



Variando la posición del electrodo C se deberá construir la siguiente tabla:

VAC I dAC

Segunda experiencia:

Usando el equipamiento disponible en el Laboratorio de Medidas Eléctricas y

los conceptos comentados en la introducción, determinar la resistencia de la toma de

tierra del Laboratorio de Máquinas Eléctricas de nuestra Facultad y medir la resistividad

del terreno lindero.

Informe a cargo del alumno:

Cada comisión deberá presentar un informe que contenga la siguiente información

como mínimo:

1. Una breve introducción.

2. Dibujar los circuitos reales utilizados de acuerdo al equipamiento disponible.

3. Detallar los instrumentos utilizados: marca, posición, número de divisiones,

alcances, etc.

4. Completar los cálculos, tablas y trazar el o los diagramas correspondientes (a

escala).

5. Anotar los pasos realizados y cualquier circunstancia no prevista en este

informe.

6. Elaborar conclusiones.

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Mediciones Eléctricas II - fi.mdp.edu.ar · 1. Objetivo del Trabajo Práctico: El trabajo consiste en la determinación de la resistencia de una toma de tierra, y de la determinación