El medidor de tierra con pinza mide la resistencia de un lazo formado por el electrodo, un camino de retorno por otras tierras en paralelo y el suelo. Solo da un valor útil si el retorno tiene una resistencia mucho menor que el electrodo. No sirve para mallas con varias conexiones ni para tierras aisladas.
Respuesta corta. El medidor de tierra con pinza, también llamado clamp-on o sin estacas, mide una resistencia sin clavar sondas. Una bobina de la pinza induce una tensión en el lazo y otra mide la corriente que circula. El cociente es la resistencia total del lazo. IEEE Std 81-2012 (cláusulas 8.2.2.5 y 8.2.2.6 y anexo E.2) lo considera una herramienta rápida y útil bajo condiciones precisas, y advierte que no puede ser el único instrumento.
Cómo funciona el principio
La pinza se coloca alrededor del conductor de bajada de un electrodo. Induce en el sistema de tierra una tensión de frecuencia definida, normalmente entre 1 kHz y 3,4 kHz, que hace circular una corriente por el electrodo, el suelo y las demás tierras conectadas. El medidor mide esa corriente y presenta la relación entre tensión y corriente en pantalla.
El método parte de una suposición: la impedancia del sistema multiaterrizado de retorno, sin contar el electrodo bajo prueba, es tan pequeña frente a la del electrodo que se puede tomar como cero. Si se cumple, la lectura se aproxima a la resistencia del electrodo. Es una aplicación directa de la ley de Ohm sobre un circuito que ya existe: el medidor no puede armar el circuito de prueba, porque no tiene sondas.
Cuándo da un valor útil
El caso típico es una línea de distribución o transmisión: un electrodo de poste conectado por un neutro o un hilo de guarda a muchas otras tierras en paralelo. El neutro cierra el lazo, y cuantos más retornos haya, menor es la contribución de los elementos ajenos a la lectura. Incluso una tierra mala, de alta resistencia, entre muchas de baja resistencia no basta para arruinar la medición. Si los retornos son pocos o todos son de alta resistencia, el error puede ser grande.
Ventajas que cita la guía:
- Es rápida y fácil: no hay que clavar sondas ni desconectar el electrodo del sistema.
- Incluye en la lectura la unión (el bonding) y la resistencia de conexión del sistema. Una unión abierta o de alta resistencia se nota en la lectura, porque el conductor de puesta a tierra forma parte del lazo.
- Puede medir la corriente de fuga que circula por el sistema, dato que la caída de potencial no da.
La caída de potencial mide solo el electrodo, no la unión del sistema. Por eso la guía considera ambas herramientas complementarias: la pinza detecta rápido los problemas y la caída de potencial los confirma.
Cuándo no sirve
La cláusula 8.2.2.5 lista las limitaciones:
- Solo se puede aplicar a un electrodo conectado a un sistema de puesta a tierra de impedancia relativamente baja.
- Si la reactancia inductiva del neutro o del hilo de guarda es significativa frente a la resistencia medida, el error puede ser grande. Pesa más con las pinzas que trabajan a 1 kHz a 3,4 kHz.
- Los empalmes o conexiones corroídos del neutro o del hilo de guarda alteran la lectura, aunque el medidor suele indicar un hilo abierto.
- No es aplicable a sistemas con varias conexiones, como la malla de una subestación o las tierras de postes y estructuras multiconectadas.
- El ruido de alta frecuencia influye, y con una tierra de alta resistencia la relación entre ruido y señal puede ser alta.
El anexo E.2 añade tres casos. No se puede usar en tierras aisladas, porque no hay camino de retorno; por eso tampoco sirve para verificar una instalación nueva ni para pruebas de puesta en servicio. No se puede usar si existe un retorno de menor resistencia por el suelo, como en torres celulares o subestaciones. Y si otra parte del sistema de tierra queda dentro del área de resistencia del electrodo bajo prueba, la lectura es menor que la verdadera, lo que puede dar una falsa sensación de seguridad.
- ¿Hay un retorno por otras tierras en paralelo, de resistencia mucho menor que la del electrodo?
- Sí: ¿Es un electrodo individual, sin otras conexiones propias a tierra?
- Sí: La pinza puede dar un valor aproximado de la resistencia, que se confirma con caída de potencial
- No: No aplica: es un sistema con varias conexiones, como la malla de una subestación
- No: No aplica: sin retorno no hay lazo, como en una tierra aislada o una instalación nueva
- Sí: ¿Es un electrodo individual, sin otras conexiones propias a tierra?
Qué tanto distorsiona la frecuencia
El anexo E.2 incluye un ejemplo: un hilo de guarda de cinco vanos de 61 m (conductor ACSR n.º 2) con una tierra en cada poste. Con una señal de 60 Hz, una tierra real de 1 Ω se leería 32 % mayor, una de 10 Ω, 3 % mayor y una de 100 Ω, 0,2 % mayor. Con 2403 Hz, una tierra de 1 Ω se leería 3,5 Ω, es decir, 248 % por encima, y una de 10 Ω se leería 14,8 Ω. Con 3333 Hz, la de 1 Ω se leería 4,4 Ω. La reactancia de las líneas de retorno crece con la frecuencia, y pesa más cuanto menor es la resistencia que se mide.
La guía añade otras limitaciones. La frecuencia alta puede ser menos representativa de una falla a frecuencia industrial que los 128 Hz de los medidores tradicionales. El método es sensible al ruido de aparatos eléctricos cercanos y es menos eficaz con tierras muy bajas. Además, la pinza no trae una comprobación incorporada. En la caída de potencial se puede verificar el resultado cambiando la separación de las sondas; con la pinza el resultado se acepta por confianza en el método.
Combinación con caída de potencial
Cuando se necesita la resistencia propia de un electrodo sin desconectar los hilos de guarda, la cláusula 8.2.2.6 describe un método combinado. Se colocan las sondas como en la caída de potencial, y una pinza de corriente de núcleo partido mide la parte de la corriente de prueba que va al sistema de tierra. La relación entre la tensión medida y esa corriente da la resistencia propia. Se usa a menudo en torres de transmisión de varias patas o con tensores. En una torre de cuatro patas, la resistencia de cada pata se mide por separado antes de combinarlas. También lo afecta el ruido de alta frecuencia.
Para ver el panorama de las pruebas de puesta a tierra, vea la guía de prueba de resistencia de puesta a tierra. Un ejemplo de equipo de caída de potencial: Metrel MI 3152 y 3155. Para sistemas interconectados con ruido, la guía también describe el multímetro de tierra asistido por computador. Las fuentes de error comunes a cualquier medición de tierra están en Errores al medir la tierra, y la comparación con el valor de diseño, en resistencia de tierra calculada y medida.
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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 8.2.2.5 (medición con pinza o sin estacas) y 8.2.2.6 (caída de potencial con pinza) y anexo E.2.
- IEEE Std 80, IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding.
Preguntas frecuentes
¿La pinza mide la resistencia del electrodo o la del lazo?
La del lazo completo: electrodo, retorno por otras tierras y suelo, medidos en serie. El método supone que solo el electrodo bajo prueba aporta una resistencia significativa. Si el retorno no es despreciable, la lectura incluye también esa parte.
¿Puedo usar la pinza en la malla de una subestación?
No. IEEE 81 indica que el método no es aplicable a sistemas con varias conexiones, como la malla de una subestación o las tierras de postes y estructuras interconectadas. Tampoco se debe usar si existe un retorno de menor resistencia a través del suelo, como ocurre en torres celulares o en subestaciones.
¿Por qué la lectura con pinza puede ser mucho mayor que la real?
Porque la pinza trabaja con una frecuencia alta, de 1 kHz a 3,4 kHz, y si el lazo tiene una reactancia inductiva comparable con la resistencia que se mide, la lectura sube. La guía lo ilustra con un ejemplo en el que una tierra de 1 Ω se lee como 3,5 Ω a 2403 Hz.