Los métodos de dos y tres puntos miden la resistencia de un electrodo pequeño usando otros electrodos como auxiliares. El de dos puntos sirve para una prueba de pasa o no pasa; el de tres puntos obtiene el valor resolviendo tres mediciones. Ambos fallan si los auxiliares tienen mucha resistencia o están muy cerca. La falla escalonada es otra familia: una falla real o reducida provocada a propósito.
Respuesta corta. En los métodos de dos y tres puntos, la resistencia del electrodo que se prueba se mide contra otros electrodos usados como auxiliares. Funcionan en tierras pequeñas, como una varilla, una tierra de poste o una pequeña subestación de baja tensión. Con electrodos grandes y complejos, IEEE Std 81-2012 prefiere otros métodos. Las pruebas de falla escalonada son distintas: miden con corrientes de falla reales o reducidas.
Método de dos puntos
Se mide la resistencia del electrodo en prueba en serie con un electrodo auxiliar. Se supone que la resistencia del auxiliar es despreciable frente a la del electrodo, de modo que el valor medido representa el del electrodo bajo prueba.
Un uso típico es medir la resistencia de una varilla hincada con respecto a una vivienda cercana. La tierra de una vivienda suele tener baja impedancia por su conexión con el neutro de la red de suministro, y sirve como auxiliar con una exactitud razonable. La guía señala dos limitaciones. El método puede tener errores grandes en tierras de baja resistencia, porque el auxiliar ya no es despreciable. Y si los electrodos están muy cerca, la resistencia mutua entre ellos también falsea el valor. Aun así, es útil donde solo se necesita una prueba de pasa o no pasa.
Método de tres puntos
Se usan dos electrodos auxiliares con resistencias r₂ y r₃. El electrodo bajo prueba tiene resistencia r₁. Se mide la resistencia entre cada par de electrodos: r₁₂ = r₁ + r₂, r₁₃ = r₁ + r₃ y r₂₃ = r₂ + r₃. Al resolver las tres ecuaciones, la resistencia del electrodo bajo prueba es:
r₁ = (r₁₂ − r₂₃ + r₁₃) / 2
Es la ecuación (8) de la guía. El resultado se obtiene con tres medidas y un cálculo, sin necesidad de conocer la resistencia de los auxiliares.
Las limitaciones son claras. Si los auxiliares tienen una resistencia bastante mayor que la del electrodo bajo prueba, los errores de cada medición se magnifican en el resultado final. Los electrodos deben estar lo bastante lejos entre sí para que las resistencias mutuas sean pequeñas: con distancias insuficientes pueden aparecer resultados absurdos, como resistencias cero o negativas. Al medir una varilla, la guía pide separar los tres electrodos al menos tres veces la profundidad de la varilla bajo prueba, y supone que los auxiliares se hincan a la misma profundidad o a una menor.
Por qué solo sirven en tierras pequeñas
La cláusula 6.2 explica que los dos métodos tienen exigencias contrarias sobre los electrodos auxiliares. En el de dos puntos, el error se reduce si la impedancia del electrodo de prueba es despreciable frente a la tierra medida. En el de tres puntos, se reduce si la impedancia de los electrodos de prueba es parecida a la de la tierra medida. Esas condiciones limitan los métodos a tierras de poca extensión, como las de una piscina residencial, las de un poste o las de una pequeña subestación de distribución de baja tensión.
A medida que el sistema de tierra crece y se complica, el método de tres puntos se vuelve más difícil de aplicar. Si se necesita mayor exactitud, la guía prefiere otros métodos, en particular la caída de potencial, en la que las exigencias sobre los electrodos auxiliares son menos críticas.
| Método | Auxiliares | Sirve para | Riesgo principal |
|---|---|---|---|
| Dos puntos | Un electrodo, con resistencia despreciable | Prueba de pasa o no pasa; varilla cerca de una instalación con buena tierra | Error grande en tierras de baja resistencia; resistencia mutua si están cerca |
| Tres puntos | Dos electrodos, con resistencia parecida a la del electrodo bajo prueba | Varillas y tierras pequeñas | Errores magnificados con auxiliares de alta resistencia; resultados absurdos con poca distancia |
| Falla escalonada | Una falla real o reducida en el sistema | Información específica de una instalación | Complejidad, riesgo y necesidad de registradores y atenuadores |
Pruebas de falla escalonada
Una prueba de falla escalonada es de alta corriente, a tensión plena o reducida. Sirve cuando se necesita información concreta de una instalación de puesta a tierra. El objetivo es registrar las tensiones entre puntos elegidos y las corrientes en circuitos específicos. La forma más práctica de registrar es usar instrumentación existente, como los canales libres de los registradores de fallas. Como las magnitudes son altas, se necesitan circuitos de atenuación: transformadores de corriente, transformadores de tensión o divisores de tensión. Las tensiones que se van a medir se pueden estimar antes con pruebas de caída de potencial.
La impedancia de entrada del dispositivo de registro debe ser mucho mayor que la resistencia medida. El circuito de prueba puede incluir un electrodo auxiliar de alta resistencia conectado al lado primario de un transformador de tensión. En ese caso el registrador se calibra insertando una fuente de tensión variable entre el transformador y el electrodo auxiliar.
La cláusula 9.4.1 añade que las mediciones con la corriente completa de una falla de fase a tierra dan los datos más exactos de tensiones de paso, de contacto y transferidas. Esa prueba rara vez se hace, a menos que existan otras razones de más peso, como determinar parámetros del circuito, el comportamiento de equipos o las características de las protecciones. Requiere cuidado especial y preparación anticipada para hacerse con seguridad.
Cómo usar esta información
Si tiene una varilla, una tierra de poste o una tierra pequeña, los métodos de dos y tres puntos son una primera verificación. Para una malla de subestación o una puesta a tierra extensa, la referencia es la caída de potencial. Vea la guía de prueba de resistencia de puesta a tierra y la de puesta a tierra de subestaciones de distribución. En tierras con muchas conexiones en paralelo, vea la medición con pinza. Si el valor medido no coincide con el del diseño, por qué difieren la resistencia calculada y la medida resume las causas.
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Referencias
- IEEE Std 81-2012, IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and Earth Surface Potentials of a Grounding System: cláusulas 6.2, 8.2.2.1 (dos puntos), 8.2.2.2 (tres puntos, ecuación 8), 8.2.2.3 (pruebas de falla escalonada) y 9.4.1.
- IEEE Std 80, IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding.
Preguntas frecuentes
¿Puedo medir la tierra de una varilla con el método de dos puntos?
Sí, si dispone de un auxiliar de resistencia muy baja, como la tierra de una vivienda conectada al neutro de la red. IEEE 81 lo presenta como una prueba útil cuando solo se necesita saber si el valor pasa o no pasa. Con tierras de baja resistencia el error puede ser grande.
¿Por qué el método de tres puntos puede dar una resistencia cero o negativa?
Porque cada medida incluye la resistencia mutua entre los electrodos. Si están demasiado cerca, el sistema de tres ecuaciones puede dar resultados absurdos como resistencias nulas o negativas. Para una varilla, la guía pide separar los tres electrodos al menos tres veces la profundidad de la varilla bajo prueba.
¿Qué es una prueba de falla escalonada?
Es una prueba de alta corriente, a tensión plena o reducida, en la que se registran tensiones entre puntos elegidos y corrientes en circuitos concretos. Se usa cuando se necesita información específica de una instalación de puesta a tierra, y casi siempre aprovecha los canales libres de un registrador de fallas.