Mapa de potenciales e integridad de la malla instalada

Respuesta corta

Una malla de tierra construida se puede verificar de cuatro maneras: medir su impedancia, levantar el mapa de potenciales de contacto y de paso inyectando corriente, probar la integridad de sus conductores y uniones, y revisarla periódicamente. IEEE 80 trata estas pruebas en términos generales y remite a IEEE 81 para el detalle. El mapa de potenciales es costoso y se reserva a casos con dudas.

Respuesta corta

Una malla de puesta a tierra construida se verifica con cuatro actividades que IEEE Std 80-2013 describe en su cláusula 19: la medición de la impedancia, el mapa de potenciales de contacto y de paso, la prueba de integridad de los conductores y las uniones, y las revisiones periódicas. La norma las trata en términos generales y remite a IEEE Std 81 para el detalle de los procedimientos. Con ellas se confirma que lo construido se parece a lo diseñado y que sigue siéndolo con el tiempo. El proceso de obra está en construcción de una malla de tierra.

Medición de la impedancia

Medir con cuidado la impedancia de la instalación tal como quedó construida puede ser deseable, sobre todo cuando las mediciones de resistividad del suelo o la interpretación del modelo del suelo eran dudosas. No siempre es práctico: la malla puede estar conectada a otros elementos enterrados o influenciada por ellos.

Hay dos aspectos que la norma destaca:

Componente reactiva. Aunque se hable de resistencia, cuando el valor es menor de 0,5 Ω y el área es relativamente grande, la componente reactiva debe tenerse en cuenta. Con impedancias mayores casi no influye.
Método de caída de potencial. Es el de uso universal y sirve para todo tipo de medición de resistencia de tierra, pero presenta muchas dificultades y fuentes de error en mallas grandes, por su tamaño, su configuración y la heterogeneidad del suelo. En mallas muy grandes, y sobre todo si los hilos de guarda y los neutros conectados a la malla extienden su zona de influencia, las distancias necesarias pueden no ser prácticas, y la zona plana de la curva no aparece. En suelos no uniformes, la ubicación de la sonda de potencial que da el valor correcto puede ser muy distinta de la regla habitual del 61,8 %: se encontraron posiciones entre el 10 % y el 90 %.

El método de caída de potencial tiene una ventaja: los electrodos de corriente y de potencial pueden tener una resistencia mucho mayor que la de la tierra que se prueba sin afectar de forma significativa la medición.

Con el valor medido se recalcula la elevación de potencial máxima. Si difiere mucho del valor calculado, hay que revisar las precauciones contra potenciales transferidos. La medición no sirve para revisar directamente las tensiones de paso y de contacto calculadas, porque estas salen de la resistividad; pero una gran diferencia entre la resistencia calculada y la medida pone en duda la resistencia o la resistividad usadas. Cada caso se juzga por sus méritos: investigar más, usar mayores factores de seguridad o medir directamente las tensiones peligrosas.

El procedimiento de esta medición está en la guía de prueba de resistencia de puesta a tierra.

Mapa de potenciales de contacto y de paso

Las pruebas de campo de tensiones de paso y de contacto, inyectando corriente en la malla, ayudan a confirmar que la subestación es segura. Por su costo, pocas empresas las hacen de rutina. Se consideran cuando:

hay grandes diferencias entre la resistencia calculada y la medida,
hay anomalías conocidas en la resistividad del suelo que ponen en duda las tensiones calculadas,
los valores calculados están cerca de los límites tolerables y mejorar la tierra sería difícil o costoso.

En esos casos puede valer la pena cargar la malla con una corriente de prueba, de preferencia del orden de 100 A, y medir los gradientes de potencial en puntos escogidos de la subestación y de su perímetro. Un proyecto de EPRI comparó mediciones de campo con una solución por computador y encontró el método factible y de buenos resultados.

Para obtener los potenciales en una falla real, los valores de prueba se multiplican por la relación entre la corriente de falla a tierra real y la corriente de prueba. La sonda de potencial debe hacer un contacto con el suelo que represente el pie de una persona. Como las resistencias de contacto son altas, los instrumentos de medir resistencia de tierra no sirven; se usan voltímetros de alta impedancia y corrientes de prueba suficientes para vencer las corrientes residuales en el suelo.

Hay dos formas de presentar el resultado:

Perfiles y curvas de nivel de tensión de contacto en circuito abierto, con voltímetro de alta impedancia, de toda la subestación. Con valores conservadores de la resistencia del cuerpo y del pie y de la corriente segura por el cuerpo, se determina el valor máximo seguro y se identifican las tensiones peligrosas.
Medición que simula el contacto real, con un operador con guantes y botas de suela de caucho con superficies de contacto de malla metálica; la medición incluye la resistencia de contacto de los pies con el suelo, y por tanto el efecto de capas superficiales de piedra o pavimento.

Verificación de una malla instalada

Medición de la impedancia. Se recalcula la elevación de potencial máxima con el valor medido
¿Difiere mucho de lo calculado o hay dudas sobre el suelo? Sí: continúa; No: Se continúa con la prueba de integridad.
Mapa de potenciales con corriente de prueba. Perfiles de contacto y de paso en la subestación y en su perímetro
Decisión. Investigar más, mayor factor de seguridad o corregir la malla

Prueba de integridad

Los relés de estado sólido, los equipos de comunicación, los registradores de eventos o las fuentes de alimentación de la caseta de control suelen dañarse por un rayo o una falla cuando la puesta a tierra es deficiente. La prueba de integridad se puede hacer después de uno de esos eventos, al evaluar mallas antiguas y, a veces, antes de aprobar una subestación para operar. Es necesaria para detectar cualquier circuito abierto o estructura o equipo aislado.

La prueba consiste en hacer circular corriente entre dos bajantes de tierra y medir la caída de tensión en el circuito de tierra. Se compara cada punto con los demás: los más alejados del punto de referencia deberían tener impedancias crecientes, y los puntos con valores anormalmente altos delatan conexiones débiles. La norma menciona también un valor de referencia, de 1,5 V cada 50 pies con 300 A entre bajantes, que no aplica si hay estructuras metálicas aéreas que conduzcan la corriente de prueba de un punto a otro. Los resultados se analizan de forma subjetiva. Un trazador de cables puede ayudar a ubicar un conductor roto.

Revisiones periódicas

Algunas empresas vuelven a medir la resistencia de tierra de la subestación periódicamente después de terminada la obra. Conviene además revisar el sistema de tierra de vez en cuando por cambios en el sistema que afecten la corriente de tierra máxima y por ampliaciones de la subestación que afecten la corriente máxima, la resistencia de la malla o las diferencias de potencial locales. La norma sugiere llevar un registro de la corriente de falla total de barras usada como base del diseño y hacer revisiones periódicas cuando crece la corriente de cortocircuito del sistema.

Cómo lo hacemos en Tiza Group

En Tiza Group medimos y verificamos sistemas de puesta a tierra en subestaciones, industria y plantas solares, con equipos de varios fabricantes, y relacionamos los resultados con el estudio de cortocircuito. Conozca nuestro servicio de pruebas y puesta en servicio o escríbanos.

Guías relacionadas

Referencias

IEEE Std 80-2013, IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding, cláusulas 19.1 a 19.5.
IEEE Std 81, IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and Earth Surface Potentials of a Grounding System.

Preguntas frecuentes

¿Por qué medir la impedancia de una malla ya construida si se diseñó con cálculo?

Porque la medición es deseable sobre todo cuando las mediciones de resistividad del suelo o la interpretación del modelo del suelo eran dudosas. Con el valor medido se recalcula la elevación de potencial máxima; si difiere mucho de la calculada, hay que revisar las precauciones contra potenciales transferidos.

¿Cuándo se justifica levantar un mapa de potenciales de contacto y de paso?

Cuando hay grandes diferencias entre la resistencia calculada y la medida, o anomalías conocidas en la resistividad del suelo que ponen en duda las tensiones calculadas, sobre todo si los valores calculados están cerca de los límites tolerables y mejorar la tierra sería difícil o costoso. Por su costo, pocas empresas lo hacen de rutina.

¿Qué detecta la prueba de integridad de la malla?

Circuitos abiertos y estructuras o equipos aislados de la malla. Se hace tras un rayo o una falla que dañó equipos de control, al evaluar mallas antiguas y, a veces, antes de aprobar una subestación para operar. Sus resultados se analizan de forma subjetiva, comparando valores entre los puntos de prueba.