El valor calculado de una puesta a tierra y el medido rara vez coinciden. IEEE 81 enumera cinco causas: el método de cálculo, la resistividad del día de la medición, un estudio de resistividad insuficiente, estructuras metálicas enterradas y el error de los medidores de pinza. La diferencia se reduce midiendo resistividad y resistencia en condiciones climáticas parecidas.
Respuesta corta. Una puesta a tierra se calcula con un modelo del suelo y de los electrodos, y se mide con un instrumento en un día concreto. Que ambos valores no coincidan es normal. IEEE Std 81-2012 (cláusula 8.1.2) enumera cinco causas: las limitaciones del método de cálculo, la resistividad del suelo el día de la medición, un estudio de resistividad insuficiente, las estructuras metálicas enterradas y el error de los medidores de pinza. Entenderlas permite saber si la diferencia es un defecto de la malla o un efecto de la medición.
Qué es la impedancia de una tierra
La guía define la impedancia de tierra como la suma vectorial de la resistencia y la reactancia entre un electrodo, una malla o un sistema y la tierra remota. La resistencia de tierra es esa misma impedancia sin la reactancia. La tierra remota es un concepto teórico: un electrodo de impedancia cero ubicado a una distancia infinita. En la práctica se alcanza cuando la resistencia mutua entre la tierra bajo prueba y el electrodo de prueba es despreciable.
Las conexiones a tierra tienen componentes resistivos, capacitivos e inductivos. A frecuencia industrial, la resistencia domina si el sistema es pequeño. La capacitancia y la inductancia importan a frecuencias altas, como en radiocomunicaciones y rayos, o en sistemas de tierra muy grandes. Las tierras de poste aisladas y la mayoría de las subestaciones de distribución, con resistividades típicas del suelo, son predominantemente resistivas. Los sistemas grandes, sobre todo en suelos de baja resistividad, tienen una componente reactiva significativa. La componente reactiva aumenta con el tamaño de la malla y, en especial, cuando está interconectada con neutros y hilos de guarda puestos a tierra. Se debe determinar cuando el análisis involucra corrientes de impulso.
Qué determina el valor
La impedancia depende de la resistividad del suelo alrededor y de la extensión y la configuración del electrodo enterrado. El terreno puede combinar suelo seco, arcilla, grava, pizarra o arenisca, con resistividades muy distintas. Puede ser homogéneo en una gran área o estar en capas, de modo que quede casi aislado del entorno. Por eso la impedancia varía con la estación: cambian la temperatura, la humedad y la densidad del suelo.
Según la guía, en un suelo dado, la eficacia de una malla depende sobre todo de su tamaño total y de la resistividad del suelo. Añadir conductores y varillas a una malla existente ayuda algo a reducir su impedancia, pero cada añadido reduce cada vez menos. La guía también observa que la resistencia de una malla parece tener poca relación con la resistividad al nivel de enterramiento, sobre todo si tiene varillas largas en contacto con suelo profundo. No será así si la malla está sobre un estrato de alta resistividad, como un lecho de roca, o en suelo permanentemente congelado. Una consecuencia práctica: los datos de resistividad deben incluir las capas profundas, no solo la superficial.
Las cinco causas de la diferencia
| Causa (cláusula 8.1.2) | Qué ocurre |
|---|---|
| a) Los métodos analíticos del cálculo son insuficientes | El modelo no representa bien la geometría de la malla ni el suelo real |
| b) La resistividad el día de la medición no es la supuesta | El suelo cambia con el clima y el valor real no es el que se usó en el cálculo |
| c) El estudio de resistividad fue insuficiente | Pocas mediciones, mal repartidas, con separación de sondas corta o instrumentos inadecuados |
| d) Hay estructuras metálicas e hilos de tierra cerca del sitio de prueba | Desvían una parte importante de la corriente de prueba |
| e) Error de los medidores de pinza | La lectura es errónea si la reactancia del circuito de prueba es significativa frente a su resistencia, o si los filtros no eliminan los 50 Hz o 60 Hz de las corrientes parásitas |
Sobre la causa e), la guía precisa que los medidores de pinza son especialmente sensibles a la reactancia porque sus frecuencias de prueba van de 1 kHz a 3,4 kHz. Si hay lazos de tierra, la pinza puede no medir la impedancia que se quería.
Cómo reducir la diferencia
La guía indica que la diferencia entre el valor medido y el calculado se minimiza si las mediciones de resistividad del suelo y de resistencia de la malla se hacen en condiciones climáticas similares. Para mallas que cambian con las estaciones, es prudente hacer las mediciones de resistividad en condiciones adversas del clima, y así obtener valores conservadores para el sitio.
Otras dos observaciones de la guía ayudan a interpretar. Para comparar con valores calculados, la impedancia se puede medir antes de interconectar hilos de guarda externos, tuberías metálicas y otras interferencias. Y si la malla es grande, con una impedancia inferior a 1 Ω, puede tener una reactancia relevante, por lo que se mide a una frecuencia ligeramente distinta de la industrial.
Qué hacer con una diferencia grande
Una diferencia grande no significa por sí sola que la malla esté mal. El orden razonable es revisar primero las causas de la tabla. Si siguen sin explicarla, conviene probar la continuidad de los conductores y las conexiones, porque una conexión deficiente hace subir la lectura. Si la malla resulta no ser la causa, la comparación importante es otra: si las tensiones de paso y de contacto reales están dentro de los límites tolerables.
Los valores de referencia del RETIE para la resistencia de puesta a tierra están en la guía de prueba de resistencia de puesta a tierra. Para estimar el valor teórico de una malla rectangular con sus datos, puede usar la herramienta gratuita de resistencia de puesta a tierra. Las fuentes de error de la medición se describen en Errores al medir la tierra. Para contrastar el valor hay varios métodos: la caída de potencial, el método de la pendiente para mallas grandes y el multímetro de tierra asistido por computador. La resistividad que alimenta el cálculo se mide con el método Wenner o con Schlumberger y otros métodos.
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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: definiciones (cláusula 3) y cláusulas 6.5, 8.1.1 y 8.1.2.
- IEEE Std 80, IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding.
- RETIE, requisitos de puesta a tierra de instalaciones eléctricas en Colombia.
Preguntas frecuentes
¿Es normal que la resistencia medida sea distinta de la calculada?
Sí. IEEE 81 enumera cinco razones por las que el valor teórico puede diferir del medido: la limitación de los métodos de cálculo, la resistividad real el día de la medición, un estudio de resistividad insuficiente, estructuras metálicas enterradas cerca y errores de los medidores de pinza.
¿La impedancia de una puesta a tierra es lo mismo que su resistencia?
No siempre. La impedancia es la suma vectorial de resistencia y reactancia entre el electrodo y la tierra remota. La resistencia es la impedancia sin la reactancia. En tierras pequeñas la reactancia es despreciable; en mallas grandes, sobre todo si están interconectadas con neutros e hilos de guarda, puede ser significativa.
¿La resistencia de la malla cambia con el tiempo?
Sí. Tras la instalación, el asentamiento del suelo con los ciclos de clima anuales tiende a reducirla durante el primer año o dos. Después no suele variar mucho de un año a otro, aunque las estaciones cambian la humedad, la temperatura y la densidad del suelo.