Medición de la resistencia de la toma de tierra ¿Cómo y por qué hacerlo?

Este tipo de instalaciones eléctricas limitan la tensión, brindan una ruta segura de circulación para eventuales descargas atmosféricas y ofrecen una tensión nula de referencia, pero ¿cómo instalarlo? y ¿cómo lo medimos?.

Medición de la Resistencia de la toma de tierra en plantas industriales y edificios.

En un principio debemos definir ¿qué es la puesta a tierra de una instalación?; pues bien es la unión eléctrica directa, mediante conductores eléctricos sin fusibles ni protección alguna, de una parte del circuito eléctrico y/o de las partes conductoras no perteneciente al mismo, a una toma de tierra constituida por un electrodo o grupos de electrodos enterrados en el suelo, éste sistema ayuda a evitar que aparezcan diferencias de potencial peligrosas en las masas metálicas de la instalación, y permite el paso a tierra de las corrientes de fuga de los receptores electrónicos, así como de las altas corrientes de descarga de origen atmosférico.

Para asegurar la fiabilidad permanente de los sistemas de puesta a tierra, existen distintos estándares de ingeniería y normas nacionales que definen los correspondientes procedimientos de mantenimiento de las tomas de tierra.

¿Por qué conectar a tierra?

Este tipo de instalaciones eléctricas cumplen con tres propósitos básicos:

Limitan la tensión que, con respecto a tierra, puedan presentar en un momento dado las masas metálicas de la instalación (protección frente a contactos indirectos). Para ello, derivan a tierra las correspondientes corrientes de defecto.
Proveen una ruta segura de circulación a tierra de las eventuales descargas atmosféricas, y de las corrientes de fuga de los receptores electrónicos.
Ofrecen una tensión nula de referencia para los receptores electrónicos de la propia instalación, así como para las señales de datos que sirven para comunicar los equipos informáticos.

La imagen 1 muestra una instalación de puesta a tierra genérica. Según el REBT 2002, para la toma de tierra se pueden utilizar electrodos formados por:

Barras, tubos,
Anillos o mallas metálicas constituidas por los elementos anteriores o sus combinaciones;
Armaduras de hormigón enterradas; con excepción de las armaduras pretensadas;
Placas;
Pletinas, conductores desnudos;
Otras estructuras enterradas que se demuestre que son apropiadas.

Instalación general de puesta a tierra
El tipo y la profundidad de enterramiento de las tomas de tierra deben ser tales que la posible pérdida de humedad del suelo, la presencia de hielo u otros efectos climáticos, no aumenten la resistencia de la toma de tierra por encima del valor previsto.

La profundidad nunca será inferior a 0.50 m. Debe preverse sobre los conductores de tierra y en un lugar accesible, un dispositivo que permita medir la resistencia de la toma de tierracorrespondiente. Éste dispositivo puede estar combinado con el borne principal de tierra, debe ser desmontable necesariamente por medio de un útil, tiene que ser mecánicamente seguro y debe asegurar la continuidad eléctrica.

Resistencia de la toma de tierra

La resistencia de la toma de tierra depende de dos factores: la resistividad del terreno circundante y la estructura del electrodo.

Ahora bien ¿qué es la resistividad? es una propiedad que poseen todos los materiales y que define su capacidad para conducir la corriente.

La determinación de la resistividad del terreno es una tarea complicada por los siguientes factores:

De la composición del suelo (arcilla, grava y arena).
Puede variar incluso en pequeñas distancias debido a la mezcla de diferentes materiales.
Depende del contenido mineral (por ejemplo, sales).
Varía con la compresión y puede cambiar con el tiempo debido a la sedimentación.
Cambia con las temperaturas y por lo tanto, con la época del año. La resistividad aumenta cuando disminuye la temperatura.
Puede verse afectada por depósitos de metal enterrados, tuberías, refuerzos de acero para hormigón, etc.
Varía con la profundidad.

Puesto que la resistividad puede disminuir con la profundidad, una forma de reducir la impedancia de la toma de tierra es colocar el electrodo a mayor profundidad. Otros métodos comunes para aumentar la eficacia de un electrodo son el uso de una serie de picas, un anillo conductor o una malla.

En el caso de varias picas, para aumentar la eficacia, cada pica debe encontrarse fuera del “área de influencia” de las demás (véase la imagen 2).

Los electrodos de conexión a tierra tienen “áreas de influencia” a su alrededor

Como regla general, las picas deben respetar una separación superior a su longitud, siendo recomendable que sea de al menos dos veces su longitud. Por ejemplo, las varillas de 2,5 m se deben separar más de 5 m para alcanzar el grado óptimo de eficacia.

Existen, de nuevo, distintas normas que definen diferentes límites aceptables para la impedancia del electrodo. En España, la Guía Técnica de Aplicación GUIA-BT-Anexo 4 “Instalaciones interiores en viviendas. Prescripciones generales de instalación” recomienda una resistencia de la toma de tierra inferior a 15 ohmios en edificios con pararrayos, e inferior a 37 ohmios en edificios sin pararrayos. Por otra parte, la normativa que aplica a las Infraestructuras Técnicas de comunicaciones obliga a que el valor de la toma de tierra en estas instalaciones sea inferior a 10 ohmios. En Estados Unidos, la NEC, Nacional Electrical Code, especifica 25 ohmios como límite aceptable para la impedancia de la puesta a tierra. Por terminar de dar referencias, la norma IEEE 142 “Prácticas recomendadas para la conexión a tierra de sistemas eléctricos industriales y comerciales” sugiere una resistencia de la toma de tierra entre 1 y 5 ohmios para sistemas comerciales o industriales de gran tamaño. Nota: los sistemas de distribución eléctrica suministran corriente alterna e, igualmente, los medidores de resistencia de tierra utilizan corriente alterna para las comprobaciones. Por lo tanto, podría parecer que lo importante es la impedancia y no la resistencia. Sin embargo, en las frecuencias de las líneas eléctricas, la componente resistiva de la impedancia de la tierra suele ser bastante mayor que la componente reactiva. Por esta razón, los términos impedancia y resistencia se utilizan en el texto casi de manera intercambiable.

¿Cómo funcionan los medidores de impedancia de tierra?

Existen dos tipos de medidores de impedancia de tierra:

Medidores de resistencia de tierra de tres y cuatro hilos –también llamados telurómetros o terrómetros
Pinzas de medida de la impedancia de bucle de tierra (véase la imagen 3).

Medición de impedancia de tierra.
Ambos tipos aplican una tensión al electrodo y miden la corriente resultante. Los medidores de resistencia de tierra a tres o cuatro hilos combinan una fuente de corriente y un medidor de tensión, y requieren el uso de picas o pinzas. Presentan las siguientes características:

Utilizan corriente alterna para la prueba, pues la tierra no conduce bien la corriente continua
Utilizan una frecuencia próxima, pero distinta, a la frecuencia de red (50 Hz) y sus armónicos. De esta forma, se evita que las corrientes fantasmas o procedentes de otras fuentes interfieran con las medidas de impedancia de tierra
Los medidores de 4 hilos disponen de cables de generación y medida independientes para compensar la resistencia eléctrica de los propios cables –método de medida de resistencia a 4 hilos-. Este método permite eliminar de la medida de la impedancia de tierra el valor de la resistencia óhmica de los cables de prueba pues, en ocasiones, por tener una elevada longitud, presentan una apreciable resistencia eléctrica
Tienen un filtro de entrada diseñado para captar su propia señal y rechazar todas las demás

Las pinzas de medida de bucle de tierra tienen el aspecto de una pinza amperimétrica, pero internamente son muy diferentes ya que cuentan con un transformador de generación y un transformador de medida.

El transformador de generación impone una tensión en el lazo que se está ensayando y el transformador de medida mide la corriente resultante. Estas pinzas utilizan un filtrado avanzado para reconocer su propia señal y rechazar todas las demás.

Seguridad en las comprobaciones de resistencia a tierra

Al realizar las conexiones, se deben utilizar siempre guantes aislantes, protecciones para los ojos y cualquier otro equipo de protección personal apropiado. No es seguro asumir que un electrodo de conexión a tierra tiene cero voltios o cero amperios, por las razones que se indican más adelante.

La medida de la resistencia de la toma de tierra por el método de la caída de potencial implica la desconexión del electrodo de tierra del sistema de toma de tierra de la instalación. Para ello, se accederá al borne principal de tierra. Durante la prueba, la instalación eléctrica queda entonces temporalmente sin toma de tierra. El método selectivo no requiere la desconexión del electrodo.

Una avería en el sistema de puesta a tierra de la instalación eléctrica, o en sus protecciones diferenciales, puede originar una corriente permanente importante a lo largo del mismo. Por ello, se debe utilizar una pinza amperimétrica para comprobar la existencia de corriente en el conductor de tierra (ver imagen 1 de esta nota) antes de realizar la medida. Si la medida es superior a 1 amperio, es necesario encontrar el origen de la corriente antes de continuar.

Si fuese necesario desconectar uno de los electrodos del sistema, esta operación se deberá realizar siempre que sea posible durante una interrupción por mantenimiento o similar donde se corte el suministro de energía para poder evitar posibles corrientes circulantes.

Articulo publicado en Fluke México (www.fluke.com)