El multímetro de puesta a tierra asistido por computador es una versión moderna de la caída de potencial. Inyecta pulsos de corriente, mide la tensión en seis sondas, filtra el ruido y estima la impedancia por mínimos cuadrados. Permite medir sin aislar la malla de otras tierras y con la sonda de corriente más cerca. También mide tensiones de paso y de contacto y la continuidad entre bajadas.
Respuesta corta. El multímetro de puesta a tierra asistido por computador (computer-based grounding multimeter) aplica la idea de la caída de potencial con medición digital. Inyecta pulsos de corriente en la malla, mide las diferencias de potencial en seis sondas de tensión, filtra el ruido y estima la impedancia mediante un cálculo estadístico. IEEE Std 81-2012 lo describe en la cláusula 8.2.2.7 y en el anexo E.3, y lo usa también para tensiones de contacto y para verificar la continuidad entre bajadas.
Cómo es el montaje
La prueba usa un electrodo de retorno de corriente y seis electrodos que miden tensión. Estos van conectados en dos cables tricoaxiales, cada uno con tres electrodos. El electrodo de retorno se ubica a una distancia de al menos dos veces la mayor dimensión de la subestación. La primera sonda de tensión de cada cable suele ir a 15 m de la cerca, y las distancias de las demás se fijan automáticamente a partir de ella. Para mayor exactitud, las sondas se ubican lo más lejos posible de otras estructuras puestas a tierra, como tierras de poste o tuberías.
Según el anexo E.3, el equipo típico tiene un computador y una fuente de corriente de frecuencia variable (de 0 Hz a 2500 Hz) capaz de entregar entre 2 A y 20 A. Añade un sistema de adquisición de datos de varios canales con sus sondas y cables.
Qué hace con la señal
La fuente inyecta pulsos continuos tipo ruido blanco, normalmente durante 0,5 s, entre la malla y el electrodo de retorno. Se miden la corriente y las diferencias de potencial del suelo en las seis sondas. Luego el programa:
- Filtra el ruido.
- Corrige los errores de los transductores de tensión y de corriente.
- Estima la impedancia del electrodo y un factor del suelo resolviendo un sistema de 2 por 6 ecuaciones con mínimos cuadrados ponderados.
- Muestra en pantalla la impedancia, con módulo y ángulo de fase, contra la frecuencia.
Antes de la prueba se dibuja la configuración de la malla y la ubicación de las sondas con un editor del programa. Luego el programa compara los gradientes de tensión modelados con los registrados y hace un análisis estadístico para hallar la resistencia que mejor ajusta el modelo de la malla a los datos de la prueba. Por eso la guía advierte que un modelo exacto de la malla y de la posición de las sondas es esencial.
Qué se puede medir con él
La guía enumera las opciones que ofrece este tipo de equipo:
| Opción | Qué entrega |
|---|---|
| Impedancia de tierra | De un sistema aislado o interconectado: torre, poste o subestación |
| Resistividad del suelo | Con las mismas sondas |
| Impedancia de torre | De una torre o poste aislados, sin desconectar el hilo de guarda ni el neutro |
| Tensión de contacto y de paso | Con las sondas en los puntos de interés |
| Impedancia de la malla | De la malla de una subestación sin desconectar hilos de guarda ni neutros |
| Tensión transferida | Con el mismo montaje |
| Baja impedancia y continuidad | Integridad de los conductores de la malla entre bajadas |
En el modo de tensión de contacto, la inyección de corriente y la medición de las seis diferencias de potencial son las mismas; solo cambia la ubicación de las sondas en los puntos de contacto deseados. Cada resultado consiste en seis tensiones de contacto normalizadas con la corriente de falla de la subestación, que el usuario ingresa en el programa antes de iniciar. Para ganar exactitud, el algoritmo compensa dos variables críticas. Una es la cercanía del electrodo de retorno de corriente. La otra es el número de tierras de torre conectadas a la malla o, más exactamente, la impedancia total de las otras tierras unidas a ella.
En el modo de continuidad (cláusula 10.4), los cables de corriente van entre la bajada de referencia y la bajada bajo prueba, con un resistor limitador de unos 50 Ω. La tensión entre ambas se mide con los cables de tensión. El resultado es la caracterización completa de la impedancia (R + jX) entre las dos bajadas.
Ventajas y límites según la guía
Ventajas (anexo E.3):
- La malla no necesita aislarse de otras fuentes de tierra.
- El electrodo de corriente puede ubicarse a un mínimo de dos veces la diagonal de la malla, frente a las cinco veces que exige la caída de potencial tradicional.
- Los datos son menos sensibles a interferencias, armónicos y tensiones inducidas.
Límites:
- Un modelo exacto de la malla y de las sondas es esencial para un buen resultado.
- Las trayectorias metálicas sobre o bajo el suelo pueden influir.
- Los suelos no homogéneos moderan la exactitud.
La cláusula 8.2.2.7 añade que el método tiene limitaciones parecidas a las de la caída de potencial en otros aspectos. Las distancias de las sondas de tensión y de corriente se miden desde un centro eléctrico supuesto, y por eso la impedancia de un sistema interconectado no se determina con exactitud. El valor medido puede variar con la ubicación de las sondas. A cambio, el método entrega un rango de error junto con el valor de impedancia, y sostiene que el valor real está dentro de ese rango.
Cuándo conviene
El método es útil cuando hay mucho ruido eléctrico, cuando la malla está conectada a hilos de guarda y neutros que no se pueden desconectar, o cuando no hay espacio para alejar tanto la sonda de corriente. Para una varilla o una tierra pequeña, los métodos de dos y tres puntos o la caída de potencial clásica pueden ser suficientes. Un ejemplo de equipo de este tipo, para una puesta a tierra de subestación: analizador de tierra Metrel MI 3290. Las otras variantes de medición de impedancia son los métodos de dos y tres puntos, la medición con pinza y el método de la pendiente de Tagg. Los errores que el instrumento debe filtrar están en Errores al medir la tierra.
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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 8.2.2.7 (multímetro asistido por computador), 9.4.4 (tensiones de paso y de contacto), 10.4 (continuidad) y anexo E.3.
- IEEE Std 80, IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding.
Preguntas frecuentes
¿Qué ventaja tiene frente a la caída de potencial clásica?
Según IEEE 81, la malla no necesita aislarse de otras fuentes de tierra, el electrodo de corriente puede ubicarse a un mínimo de dos veces la diagonal de la malla, en lugar de cinco, y los datos son menos sensibles a la interferencia, a los armónicos y a las tensiones inducidas.
¿El resultado del multímetro asistido es exacto?
Mejora la exactitud, pero tiene límites. Exige modelar con precisión la malla y la posición de las sondas, y lo afectan las trayectorias metálicas sobre o bajo el suelo y los suelos no homogéneos. El método entrega un rango de error junto con el valor y afirma que el valor real está dentro de ese rango.
¿Solo mide impedancia de tierra?
No. Además de la impedancia, la guía lista resistividad del suelo, impedancia de torre sin desconectar el hilo de guarda, tensiones de contacto, de paso y transferidas, impedancia de la malla sin desconectar neutros y la prueba de continuidad de conductores de la malla.