Practica 7. Resistencia de puesta a tierra.pdf

RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA OBJETIVOS: -

Conocer la importancia de la resistividad eléctrica del suelo como parámetro fundamental que caracteriza la respuesta eléctrica de un terreno. Conocer y aplicar los métodos más comunes de medición de resistividad del del suelo en campo. Conocer los aspectos básicos de los diferentes accesorios que componen el equipo de medida de resistividad del terreno. Interpretar los resultados de las mediciones de resistividad del terreno para la modelación del suelo. Conocer Conocer sobre el el método método de medición medición de resistenc resistencia ia de puesta puesta a tierra tierra de un electro electrodo. do. Realizar la medición medición de la la resistencia de puesta a tierra de diferentes electrodos.

MATERIALES: -

Telurómetro Estacas de cobre Cable de cobre flexible Cinta de medir Martillo

NORMAS DE REFERENCIA. Principal: IEEE Std 81 1983 “Guide for Measuring Eart arth Resistivity, Ground Impedance, and Ear Earth Su rfac rfacee Pote Potent ntia ials ls of a Grou Groun nd System”.

Normas de Apoyo: •

IEEE EEE Std Std 80 80 200 2000“Guide for for Safet Safety y In AC Subs Substa tati tion on Grounding.”

•

IEEE Std 81 1983 “Guide for for Measu easuri ring ng Eart Earth h Resi Resisstivit ivity y, Gro Ground Impeda pedanc ncee, and and E arth arth Surf Surfac acee Pote Poten ntia tials of a Grou round System”.

•

ASTM ASTM G57 G57 95a 95a“Standa andard rd Test Test Meth Method od for for Fiel Field d meas measur urem emen entt of Soil Soil Resis Resisti tivi vity ty Usin Using g th e Wenn Wenner er Four Four Elec Electr trod odee Method”.

•

ASTM D 3633 98 “Standard Test Method For Electrical cal Res Resistivity Of Membrane Pavement Systems”.

•

ASTM G 71 81“Guide for for Cond Conduc ucti ting ng and and Eval Evalua uati ting ng Galv Galvan anic ic Corr Corros osio ion n Tests Tests in Elec Electr tro o lytes.”

•

ASTM G 162  99“Standard Practi Practice ce for Conduc Conductin ting g and Evalua Evaluatin ting g Labora Laborator tory y Corros Corrosion ionss Test Testss in Soils”.

MARCO TEÓRICO

1. ¿Qué es la resistividad del suelo? La resistividad ρ es un parámetro característico de los medios conductores, su unidad en el sistema MKS es el Ω.m. Es el parámetro inverso a la conductividadσ. En un medio conductor homogéneo, isotrópico, el valor de la resistividad es igual en cualquier punto y dirección del medio. En el caso de un terreno es muy difícil, si no imposible, considerarlo homogéneo. Por su propia naturaleza y por los efectos climáticos, hacen que a pesar de tener un terreno de un solo material existan variaciones de su resistividad respecto a lo profundidad, principalmente por la variación del nivel freático y del grado de compactación del material. Se puede definir la resistividad del suelo ρ como la resistencia eléctrica entre las caras opuestas de un cubo de dimensiones unitarias (aristas = 1m) llenado con este suelo. Entre algunos factores que afectan la resistividad del suelo tenemos: •

Tipo de suelo (arenoso, arcilloso, rocoso…)

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Mezcla de diversos tipos de suelo

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Suelos con capas estratificadas a profundidades y materiales diferentes.

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Contenido de humedad

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Temperatura

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Compactación y presión

•

Composición química y concentración de sales disueltas en el suelo.

De estos factores, el tipo de suelo, composición química, la estratificación y compactación del material son propiedades inherentes de la formación geológica del suelo en un sitio determinado de las cuales básicamente no podemos tener control. Por otro lado el porcentaje de humedad, la temperatura, la concentración de sales disueltas en el suelo son factores variables a la hora de diseñar un sistema de puesta a tierra. Adicionalmente la resistividad varía con la frecuencia, un aspecto que adquiere gran relevancia en presencia de fenómenos eléctricos muy rápidos como los rayos.

Figura 1. Variación de la resistividad del terreno en función de la humedad y la frecuencia.

Figura 2. Variación de la resistividad del terreno por varios factores. IEEE

Se tienen rangos de valores de resistividades dependiendo del tipo de suelo como se ve en la siguiente tabla:

2. Métodos de medición de la resistividad del suelo Las técnicas para medir la resistividad del suelo son esencialmente las mismas cualquiera que sea el propósito de la medida. Sin embargo la interpretación de los datos recolectados puede variar considerablemente y especialmente donde se e ncuentren suelos con resistividades no uniformes. Las diferentes técnicas de medida son descritas en detalle en la IEEE Std 81 1983“IEEE Guide for measuring earth resistivity, ground impedance, and earth surface potencial of a ground system”. A pesar de existir varios métodos de medición, los métodos más populares son aquellos que usan 4 puntos de medición.

2.1.Método de Wenner El método de 4 puntos de Wenner es el método más preciso y popular, debido a que este método obtiene la resistividad del suelo para capas profundas sin enterrar los electrodos a dichas profundidades; no es necesario un equipo pesado para realizar las medidas, los resultados no son afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares o los huecos creados para enterrarlos en el terreno. El método consiste en enterrar pequeños electrodos tipo varilla en 4 huecos en el suelo, a una profundidad  b y espaciados una distancia  a alineados como se ve en la figura 3:

Figura 3. Esquema de conexión de electrodos para el método Wenner

Figura 4. (a) Telurómetro. (b) Esquema básico de conexión a 4 puntos Una corriente I se inyecta entre los dos electrodos externos o electrodos de corriente y el potencial V entre los dos electrodos internos o electrodos de voltaje es medido por el instrumento. El instrumento mide la resistencia R=V/I del volumen del suelo cilíndrico de radio “a” encerrado entre los electrodos internos. La resistividad aparente del suelo  ρ a a la profundidad “a” se aproxima con la siguiente ecuación:

(1) En la práctica se aconseja que la distancia “a” sea al menos die z veces mayor que la profundidad de enterramiento de los electrodos “b”, en ese caso la ecuación se simplifica a:

=2

(2)

Con esto sólo necesitamos la distancia entre electrodos  a y la resistencia que mide el equipo R. Para saber la variación de la resistividad del suelo con la profundidad, el espaciamiento entre electrodos se varía desde unos pocos metros hasta un espaciamiento igual o mayor que la máxima dimensión esperada del sistema de puesta a tierra (por ejemplo, la mayor distancia posible entre 2  puntos de una malla, o las profundidades de la varilla). El espaciamiento “a” se interpreta como l a profundidad aproximada a la cual se lee la resistividad del suelo. Para caracterizar la variación de la resistividad del suelo dentro de un área específica, se deben realizar varios grupos de medidas o “perfiles” en diferentes direcciones. Las diferentes lecturas tomadas con varios espaciamientos alineados dan un grupo de resistividades o “perfil” que cuando son graficadas en contra del espaciamient o indican si hay capas diferentes de suelo y dan una idea de su respectiva profundidad y resistividad. Como se ve en la figura 5:

Figura 5. Perfiles de resistividad típicos

2.2.Método de Schlumberger-Palmer Este es otro método de 4 puntos, donde los electrodos de corriente y voltaje están alineados como se ve en la figura 6. La variante de este arreglo implica que la separación entre electrodos es simétrica, donde la separación entre los electrodos de voltaje MN permanece fija e idealmente debería ser lo más pequeña posible dentro de los límites prácticos y con la tendencia a que MN