Naturaleza y Composición del Terreno
Los valores extremos de resistividad que se suelen encontrar en la práctica varían desde decenas de Ohm*m para terrenos orgánicos y húmedos, hasta varias decenas de miles para terrenos graníticos secos.
Temperatura
El aumento de la temperatura hace disminuir la resistividad del terreno, ya que el porcentaje de agua presente determina la resistividad. Por lo tanto, un aumento en la temperatura del suelo disminuye la resistividad del agua.
Estratigrafía
La resistividad del terreno es igual a la resultante de las correspondientes a las diversas capas que lo constituyen. Las capas superficiales del terreno presentan variaciones de la resistividad estacionales.
Humedad y Salinidad
En el suelo, la conducción es electrolítica, es decir, es a través de electrolitos formados por el agua y las sales contenidas en el terreno. El contenido de agua en el suelo varía con respecto a la estación del año, naturaleza del subsuelo y profundidad de las capas de agua. A medida que el grado de agua aumenta, la resistividad disminuye con rapidez.
Compactación
Cuando la compactación del terreno es grande, se disminuye su resistividad.
Medición de la Resistividad del Suelo (Método de Wenner)
El método más utilizado para medir la resistividad del suelo es el método de Wenner, el cual consiste en calcular la resistividad aparente del terreno colocando 4 picas (electrodos) espaciados en el suelo (a la misma distancia unos de otros) y de forma simétrica a un punto central O, debajo del cual se determinará la resistividad del terreno.
Material requerido:
- Instrumento de medida de 4 bornes (Telurímetro)
- 4 picas o electrodos auxiliares
- 4 conductores de longitud suficiente y de sección mínima 1,5 mm2
Se inyecta una corriente I en el terreno a través de los electrodos de corriente C1 y C2. El medidor leerá la tensión V que se detecta en los bornes del potencial P1 y P2. La relación entre V e I es igual al valor de resistencia que registra el medidor.
El valor de la resistividad aparente del terreno (ρa) se determinará bajo un extracto de terreno de espesor h y considerando que el valor de resistencia medido con el instrumento corresponde a la de una sección del terreno de forma semiesférica con centro en O y de radio a.
ρa = 2πaR = 2π(4/3)hR = (8/3)πhR
Sistemas de Puesta a Tierra
Sistema TT
Es el sistema usado en Argentina para la distribución en baja tensión. Se tiene una PAT (Puesta a Tierra) de servicio conectada rígidamente a tierra, de la cual se toma el conductor neutro. Los centros de estrella de los transformadores de distribución están conectados al neutro y, a su vez, a la PAT en forma rígida en ese único punto.
Los desequilibrios y problemas derivados de la circulación de corriente por tercera armónica hacen que el conductor neutro posea, a lo largo de su recorrido, un mayor potencial respecto a tierra. En varios casos, se puede dar una tensión superior a la máxima tensión de contacto admisible de 24 V. Por este motivo, no se utiliza el conductor neutro como PE (Protector de Tierra), debido a que no existe ninguna seguridad de que su potencial sea inferior a 24 V. El PE es provisto por el usuario, derivándolo de su PAT de seguridad.
Ambas PAT (de servicio Rb y de seguridad Ra) deben ser independientes, es decir, no debe existir influencia mutua entre las mismas. Esto se logra con una distancia de separación entre ambas PAT mayor o igual a 10 veces el radio equivalente de la jabalina de mayor longitud.
El radio equivalente (Re) es una distancia que indica una zona de influencia electromagnética del electrodo de PAT. Si hay defectos de tierra, no se deben establecer tensiones de contacto peligrosas en las masas de la PAT (Se debe cumplir la norma IRAM 2281: Ra x Id ≤ Vc).
Esquema TN-S
En los esquemas TN, un defecto franco entre un conductor de línea y masa produce una corriente de cortocircuito. El lazo de falla está constituido exclusivamente por conductores activos y conductores PE. No hay recorrido por tierra.
Debido a la elevada corriente de falla que se puede producir en los esquemas TN-S entre un conductor de línea y el PE, o una masa, debe verificarse la adecuada actuación de los disyuntores diferenciales debido a su limitada capacidad de ruptura.
Tensiones
Tensión de Contacto
Es la diferencia de potencial que una persona puede experimentar por su cuerpo cuando hay una corriente de falla en la subestación eléctrica y, al mismo tiempo, tiene una mano o parte de su cuerpo en contacto con una estructura de puesta a tierra.
Tensión de Paso
Es la diferencia de potencial que podría experimentar una persona entre sus pies, con una separación de 1 m, cuando hay una corriente de falla en una estructura cercana puesta a tierra, pero no se tiene contacto con ella.
Método de 3 Puntos
Los terminales de potencial (P1) y corriente (C1) están unidos entre sí y conectados al electrodo de referencia. El terminal de corriente C2 se conecta a uno de los electrodos auxiliares (electrodo de referencia de corriente), el cual debe ser colocado tan lejos del electrodo de tierra a medir como sea posible. El electrodo de referencia P2 (referencia de potencial) se coloca en una línea recta entre el electrodo de tierra y C2.
La lectura de resistencia se toma para varios puntos de ubicación de este último electrodo, obteniéndose una curva de resistencia vs. distancia entre el electrodo de tierra y de referencia P2. El valor de tierra correcto es leído de una curva a una distancia del 62% de la total entre la toma de tierra que se desea medir y el electrodo auxiliar de corriente C2.
Tipos de PAT
- PAT de Referencia: Destinada a brindar un potencial constante, que podrá ser empleado para tener una referencia a tierra de diversos equipos.
- PAT de Pararrayos: Encargada de drenar a tierra las sobretensiones originadas por descargas atmosféricas (rayos).
- PAT de Seguridad: La más importante en las instalaciones eléctricas, ya que deriva las corrientes de fallas peligrosas para la integridad física de las personas, de los bienes materiales y animales domésticos.
- PAT de Servicio: Mantiene a potencial de tierra alguna parte de los circuitos que conforman la red de alimentación, como ser los centros de estrella de generadores y transformadores.
Nomenclatura de Sistemas de Puesta a Tierra
1ra Letra: Condiciones de PAT de la fuente de alimentación
- T: PAT directa de un punto de la red.
- I(i): Aislamiento de todas las partes activas con respecto a tierra o PAT de un punto de la red a través de una impedancia.
2da Letra: Condiciones de PAT de las masas en las instalaciones eléctricas (PAT de seguridad)
- T: Masas con PAT directamente independiente de la fuente de energía.
- N: Masas unidas directamente a la PAT funcional.
3ra Letra: Disposiciones de los conductores equipotenciadores de tierra (PE) y neutro (válida para el sistema TN)
- S: Conductores separados para el PE y el neutro.
- C: Conductor único con funciones de protección y de neutro, denominado conductor PEN.
Componentes de la Puesta a Tierra
1) Líneas de Tierra
Las normas establecen que estos elementos de la instalación de tierra tendrán una adecuada resistencia a la corrosión, así como también una buena resistencia mecánica. Sus dimensiones serán tales que la corriente que circule por ellos, en caso de una falla o descarga atmosférica, no llegue a los conductores a unas temperaturas cercanas a las de fusión, ni ponga en peligro sus empalmes y conexiones.
2) Electrodo de Puesta a Tierra
Las normas establecen que los electrodos de PAT estarán formados por materiales metálicos en forma de varilla, cables, chapas o perfiles que presenten una elevada resistencia a la corrosión, tales como cobre o acero debidamente protegido. En cuyos casos, se deberá tener cuidado de no dañar el recubrimiento de protección durante el hincado.
Javalinas o Picas
Estas deben presentar una resistencia mecánica adecuada para permitir su hincado por percusión en el terreno, incluso en suelos duros. Como el diámetro de la misma influye poco en la disminución de la resistencia de la PAT, resulta muy adecuado el valor mínimo de diámetro de jabalina de 14 mm propuesto por la norma.
La longitud en la práctica es normalmente fijada en 2 metros. Con menor longitud, no se logra uniformidad frente a las variaciones climáticas en el valor de la resistencia obtenida, mientras que para mayores longitudes se requerirán mayores esfuerzos para el hincado. Si bien es posible que sean empalmadas, debiendo presentar en estos casos los manguitos de acoplamiento características adecuadas tanto mecánicas como eléctricas.
Las jabalinas normales son de acero recubiertas por cobre (copperweld) en forma de una deposición electrolítica.
Conductores Horizontales Enterrados
Si bien es posible utilizar barras, cables o conductores macizos a igual sección, es preferible un conductor macizo a un cable, pues los hilos que lo constituyen siempre se destruyen antes que los conductores de alma llena, por lo que no se utilizan los cables flexibles multifilares.
Redes Malladas de Conductores Enterrados
Con el fin de asegurar la suficiente resistencia mecánica, una malla típica se puede componer de n cables de cobre desnudos de 95 mm2 de sección, enterrados a una profundidad comprendida entre 0,40 y 1 metro y manteniendo una separación de conductores de entre 2 y 6 metros.
Resistencia Propia del Conductor (Línea de Tierra + Línea de Enlace)
Esta es de escasa importancia en relación a los valores de la resistividad del terreno, ya que usualmente se utilizan elementos conductores (varillas, caños, estructuras y otros dispositivos) los cuales presentan una baja resistividad comparada con la del terreno.
Resistencia de Contacto entre el Electrodo y el Suelo Adyacente
Este valor es muy pequeño si la tierra está bien compactada. Según estudios realizados, se deduce que la misma puede despreciarse.
Resistencia de Tierra (Suelo) Alrededor de los Electrodos
Generalmente, será la más grande de las componentes que forman la resistencia de la PAT. La resistencia que presenta el terreno es función de la resistividad del mismo y de las dimensiones y formas del electrodo. Es común o habitual simplificar las unidades de resistividad a Ohm*metro.
1) Toma de Tierra
Está constituida por los siguientes elementos:
- Electrodo de Puesta a Tierra: Es una masa metálica, permanentemente en buen contacto con el terreno, para facilitar el paso a este de las corrientes de defectos que pueden presentarse.
- Línea de Enlace con Tierra: Está formada por los conductores que unen el electrodo o conjunto de electrodos con el punto de PAT.
- Punto de Conexión de PAT: Es un punto situado afuera del suelo que sirve de unión entre la línea de enlace con tierra y la línea principal de tierra.
El punto de PAT estará constituido por un dispositivo de conexión (regleta, barra, bornes) que permite la unión entre conductores de la línea de enlace y principal de tierra, de forma que pueda, mediante instrumentos apropiados, separar los cables de enlace y poder realizar la medida de la resistencia de tierra.
2) Líneas Principales de Tierra
Está formada por conductores que partirán del punto de PAT y a los cuales estarán conectadas las derivaciones necesarias para la PAT de las masas, generalmente a través de los conductores de protección.
3) Derivaciones de la Línea de Tierra
Están constituidos por conductores que unirán la línea principal de tierra con los conductores de protección o, directamente, las masas.
4) Conductores de Protección
Sirven para unir eléctricamente la masa de una instalación a ciertos elementos con el fin de asegurar la protección contra los contactos indirectos.