Cuando una medición o un estudio muestra tensiones de paso y contacto por encima de las tolerables, la malla dejó de corresponder a las condiciones reales: la corriente de falla a tierra creció, el tiempo de despeje cambió, la capa de grava se perdió, hay conductores rotos o robados, la subestación se amplió sin extender la malla o el suelo es distinto del supuesto. También puede ser una medición mal hecha. IEEE 80 define el cálculo y IEEE 81 la medición.
Síntoma
Una medición de tensiones de paso y contacto, una inspección de RETIE o un estudio actualizado indican que, ante una falla a tierra, las tensiones en algunas zonas de la subestación o de la planta superan las tolerables. A veces el hallazgo aparece en la cerca perimetral, en una ampliación reciente o junto a una estructura alejada. En el peor caso, se descubre por una persona que recibió una descarga durante una falla.
La malla de puesta a tierra controla esas tensiones. Durante una falla, la fracción de la corriente que entra al suelo por la malla, multiplicada por su impedancia, produce la elevación de potencial de tierra (GPR). La geometría de la malla reparte ese potencial para que las diferencias que una persona puede tocar o pisar queden por debajo de las tolerables, que IEEE 80 calcula según el tiempo de despeje y la capa superficial. En Colombia, el RETIE exige que el sistema de puesta a tierra se diseñe para controlar las tensiones de paso y de contacto, y la inspección RETIE lo verifica. Los mismos principios aplican a la puesta a tierra industrial.
Causas posibles, de la más a la menos probable
| Causa | Por qué ocurre | Qué la delata |
|---|---|---|
| Corriente de falla a tierra mayor que la de diseño | La red creció, se conectó generación o se cambió el transformador | El estudio de cortocircuito actual da más corriente que el del diseño |
| Capa superficial perdida o contaminada | Grava retirada, mezclada con tierra o cubierta por vegetación | Tensiones de contacto altas en zonas sin grava |
| Conductores rotos, robados o corroídos | Robo de cobre en bajantes y cercas, corrosión de uniones | Continuidad deficiente entre equipos y malla |
| Ampliación sin extender la malla | Equipos o estructuras nuevos fuera del área cubierta | Tensiones altas en la zona nueva o en sus bordes |
| Cerca perimetral mal coordinada | Cerca conectada a la malla sin extenderla, o aislada sin control | Tensión de contacto alta en la cerca desde afuera |
| Tiempo de despeje mayor | Ajustes de protección que alargaron el despeje de fallas a tierra | Tensiones tolerables menores con la misma malla |
| Resistividad distinta de la del diseño | Suelo estratificado o temporada seca no considerados | Medición de resistividad diferente de la del diseño |
| Potenciales transferidos | Cables, tuberías, rieles o neutros que llevan el potencial a otros sitios | Tensión en puntos alejados de la malla |
| Medición mal hecha | Electrodos auxiliares demasiado cerca, interferencia de otras tierras | Resultados que no se repiten con otro método |
Qué revisar primero
- Método de medición según IEEE 81: posición de los electrodos, inyección de corriente y separación de la señal del ruido. Ver prueba de resistencia de puesta a tierra.
- Datos del diseño: corriente de falla, tiempo de despeje, resistividad y capa superficial supuestos, comparados con los actuales.
- Zona donde aparecen las tensiones altas: bordes, cerca, ampliaciones, estructuras aisladas.
- Continuidad entre cada bajante y la malla, y estado visible de bajantes, conexiones y grava.
- Conductores que salen de la subestación y pueden transferir potenciales.
- ¿La medición se hizo con el método adecuado y sin interferencias?
- NoRepita la medición antes de concluir
- Sí¿Las tensiones altas se concentran en una zona?
- Sí¿Es una ampliación, la cerca o un punto con conductores dañados?
- SíExtienda o repare la malla y coordine la cerca
- NoRevise la capa superficial y los potenciales transferidos en esa zona
- No¿Aumentó la corriente de falla a tierra o el tiempo de despeje?
- SíRecalcule la malla con la corriente y el tiempo actuales
- NoMida la resistividad y recalcule con el suelo real
Cómo se confirma
- Medición de la impedancia de la malla y de las tensiones de paso y contacto con inyección de corriente según IEEE 81, en las zonas críticas.
- Medición de resistividad del suelo con el método de Wenner en varias direcciones, para revisar el modelo del suelo. Puede hacer una primera estimación con nuestra herramienta gratuita de resistencia de puesta a tierra.
- Pruebas de continuidad entre bajantes y malla con corriente alta.
- Recálculo según IEEE 80 con la corriente de falla actual, la fracción que entra al suelo, el tiempo de despeje y la capa superficial real.
- Excavaciones de muestreo para revisar corrosión cuando las pruebas lo sugieren.
Cómo evitar que se repita
- Revise la malla cada vez que cambian la corriente de falla, los tiempos de despeje o el área de la subestación.
- Extienda la malla antes de instalar equipos o estructuras nuevos.
- Mantenga la capa superficial limpia y con el espesor de diseño.
- Proteja bajantes y cercas contra el robo y repare de inmediato los faltantes.
- Mida de forma periódica la impedancia y la continuidad, con el mismo método, para comparar.
- Controle los potenciales transferidos con aislamiento o separación de los conductores que salen de la subestación.
Qué no hacer
- No se guíe solo por la resistencia de puesta a tierra: no dice si las tensiones son seguras.
- No conecte la cerca a la malla sin extender la malla por fuera de la cerca o sin un estudio.
- No mida con electrodos auxiliares demasiado cerca de una malla extensa.
- No retire la grava para obras sin reponerla con el espesor y el material especificados.
Cuándo llamarnos
Si su malla dio tensiones de paso o contacto altas, o su subestación cambió desde que se diseñó, rediseñamos o verificamos la malla según IEEE 80 desde la ingeniería primaria, con la corriente de falla del estudio de cortocircuito actualizado. Las mediciones en campo las hacemos con nuestras pruebas y puesta en servicio. Trabajamos en subestaciones de media, alta y extra alta tensión y en industria. Escríbanos.
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Referencias
- IEEE 80, Guide for Safety in AC Substation Grounding.
- IEEE 81, Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and Earth Surface Potentials of a Grounding System.
- RETIE, Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas (Colombia), versión vigente.
Preguntas frecuentes
¿Qué son las tensiones de paso y de contacto?
Durante una falla a tierra, la corriente que entra al suelo eleva el potencial de la malla y del terreno. La tensión de contacto es la diferencia entre una estructura que una persona toca y el suelo donde está parada; la de paso, la diferencia entre sus pies separados un metro. IEEE 80 calcula los valores tolerables según el tiempo de despeje y la capa superficial.
¿Una resistencia de puesta a tierra baja garantiza tensiones seguras?
No. Lo que define la seguridad son las tensiones de paso y de contacto comparadas con las tolerables, que dependen de la corriente que realmente se inyecta al suelo, del tiempo de despeje, de la geometría de la malla y de la capa superficial. Una malla con resistencia baja puede tener tensiones de contacto peligrosas en sus bordes o en la cerca.
¿Por qué una malla que cumplía ahora no cumple?
Porque cambiaron las condiciones: la red creció y la corriente de falla a tierra es mayor, se cambiaron los tiempos de despeje, se amplió la subestación, se retiró grava o se robaron o corroyeron conductores. El diseño original solo vale para las condiciones con que se calculó.