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MEDICIONES ELECTRICAS II Trabajo Práctico N°2 Tema: RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA.

Conceptos Fundamentales: Finalidad de la Puesta a tierra Las tomas a tierra son necesarias para la prevención de accidentes, para esto se conectan todas las partes metálicas del circuito de corriente de una instalación a una toma a tierra, ya que al producirse una avería estas partes pueden entrar en contacto con piezas de diferente tensión. La puesta a tierra está constituida por uno o más electrodos de resistencia generalmente despreciables y el terreno que lo circunda. La superficie del o los electrodos, su geometría, y las características del terreno determinan el valor de la resistencia que se obtendrá. La gran variabilidad de estas características aún cuando se hagan mediciones previas de resistividad, es una razón adicional que justifica la medición. La mayor parte de la resistencia se concentrará en las inmediaciones del electrodo. La función primordial de una puesta a tierra de protección es evitar que exista una tensión de contacto elevada en las partes de la instalación que no pertenecen al circuito de trabajo, derivando al terreno las intensidades de corriente de cualquier naturaleza que se puedan originar. Con esto aseguramos: * Limitar la diferencia de potencial, que en el momento de circulación de la corriente puede presentarse entre estructuras metálicas y tierra. * Posibilitar la detección de defectos a tierra y asegurar la actuación y coordinación de protecciones, eliminando o disminuyendo el riesgo que supone una avería para el material utilizado y las personas. * Limitar sobretensiones internas (de maniobra y temporarias) que puedan aparecer en una instalación eléctrica.

Conectando estas a tierra lo que se logra es que al producirse una falla la corriente por el conductor de la puesta a tierra aumente rápidamente hasta llegar al valor de corto circuito la que hará actuar a las protecciones (fusible, llave termomagnética, etc.). De

aquí la importancia de conocer el valor de la resistencia de la puesta a tierra porque con esta se calculará la Icc para una falla, cuanto menor sea la resistencia mejor es la puesta a tierra ya que alcanzará el valor de corte con mayor velocidad. Debido a su constitución física, la resistencia total que presenta una instalación de puesta a tierra está constituida por la suma de las siguientes resistencias parciales: a)

Resistencia del conductor (línea de tierra y línea de enlace con el electrodo)

b)

Resistencia de contacto entre el electrodo de puesta a tierra y el terreno

c)

Resistencia del suelo.

La medición se efectuará para analizar si se han alcanzado los valores necesarios y prescriptos por las normas en instalaciones nuevas, o bien para verificar si una instalación existente conserva sus características. Básicamente las mediciones se centran en la determinación del valor de la resistencia de puesta a tierra y en la medición de la resistividad del terreno, parámetro importante en el diseño de las instalaciones de puesta a tierra.

Método 1

Una de las formas de medir la resistencia de un electrodo es aplicar una tensión E a los electrodos A y B lo que produce la circulación de una corriente I a través de los mismos, luego se conecta un voltímetro con gran R interna entre el electrodo A y un electrodo auxiliar C para medir la diferentes tensiones entre el punto A y B. Estos valores de tensión en función de la distancia se ven en la figura 1 donde también se ve el esquema de conexionado y la distribución de campo eléctrico que explica el porque de la gráfica de tensión-distancia. La curva de tensión crece muy rápidamente en las inmediaciones de los electrodos a tierra, manteniéndose casi constante en su parte media. Si llamamos S a la distancia del punto de inflexión de la curva, se obtiene alrededor de los puntos A y B una superficie que se denomina: 'superficie de cierre'; esta abarca a todos los puntos donde hay una variación notable de tensión. En los puntos exteriores a la superficie de cierre la tensión se mantiene constante, para la tierra A es Ua y para B es Ub, con estos valores y el valor de la corriente que circula obtenemos los valores de resistencia de los electrodos:

Ra

Ua ; Rb I

Ub I

La magnitud de la resistencia de los electrodos a tierra depende de las dimensiones de los mismos como de la conductividad de la tierra. Para realizar las mediciones hay que tener en cuenta: * La tensión de un electrodo a tierra atravesado por una corriente comienza a ser constante fuera de las superficies de cierre; las mediciones deben realizarse con relación a los puntos extremos a estas superficies. * La resistencia a medir entre dos electrodos es la suma de ambas solamente cuando se solapan sus superficies de cierre. * En las tierras normalmente el radio de las superficies de cierre es aproximadamente el doble de la longitud de las jabalinas (electrodos) por lo que la separación debe ser mayor a la suma de ambos radios. * Las medidas deben realizarse con corriente alterna, independientemente del método empleado en la medición, para evitar que los componentes orgánicos de la tierra se polaricen.

Método 2 Para este método utilizamos el circuito de la figura 2, donde suponemos que la resistencia del electrodo de referencia es igual a cero, lo cual en la práctica se torna difícil de conseguir, lo que se hace es tomar una referencia que tenga una resistencia

despreciable respecto a la que vamos a medir (ej. cañería metálica del agua). Entonces el cálculo de la resistencia se reduce a:

Rx

U I

Método 3 En este método se aplica el puente de Wheatstone como se ve en la figura 3-a y la medición se realiza tomando dos medidas sucesivas; en la primera se compara la resistencia RA+RB con una resistencia de comparación Rp (figura 3-b) y la segunda con RB+Rp (figura 3-c)

R A RB RP

l1 l2

RA b ) Medición con la llave en 2: RP RB

l '1 l '2

a) Medición con la llave en 1:

1

2

de estas ecuaciones se calculan las resistencias desconocidas: RA

2

RP

1 1

1

y

RB

2

RP

1

1

2 2

Método 4 Se emplea un aparato conocido como 'medidor de tierra', el método se basa en realizar las conexiones de la figura 4 y tomar directamente la lectura del aparato, el cual tiene un generador de alterna a manivela.

Donde: RA: resistencia a medir C2 (RAUX) y P2 (RB): dos sondas auxiliares

Distribución de tensión

La corriente que atraviesa el electrodo de tierra en caso de fallas causa una caída de tensión debida a la resistencia de la puesta a tierra. La distribución de la tensión alrededor del electrodo de tierra prueba que la mayor parte de la resistencia total de puesta a tierra se concentra en la superficie del electrodo de puesta a tierra. Figura 5.

Tensión de Paso

Se la mide entre el electrodo de puesta a tierra y dos sondas de metal de 25 Kg. y con una superficie de 200 cm2 cada una. Las dos sondas se apoyan en el terreno distanciadas 1 metro entre ellas. Figura 6.

En la figura 5 se indica una tensión Üpi debida al paso normal de una persona. En la figura 6 se indica la tensión Up que se mide a una distancia normalizada (1 metro), esto es para asegurar la seguridad de la persona, debido a la distribución de la tensión en la tierra, teniendo en cuenta que el paso normal de una persona es menor a 1 metro.

En el siguiente cuadro se muestra los efectos de la corriente eléctrica en el cuerpo humano:

Corriente que Efectos atraviesa el cuerpo humano (mA) hasta 1 Imperceptible para el hombre. 2a3 Sensación de hormigueo. 3 a 10 El sujeto consigue generalmente desprenderse del contacto. La corriente no es mortal. 10 a 50 Los músculos de la respiración se ven afectados por calambres que pueden provocar la muerte. 50 a 500 Corriente peligrosa, que da lugar a la fibrilación cardiaca. Posible muerte. mas de 500 Decrece la posibilidad de fibrilación, pero aumenta el riesgo de muerte por parálisis de centros nerviosos

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