Pruebas de redes de tierra: métodos, procedimientos y mejores prácticas para sistemas de conexión a tierra de subestaciones

Una red de puesta a tierra confiable es esencial para la operación segura de subestaciones y otras instalaciones de energía. Proporciona un camino para la corriente de falla, ayuda a mantener la puesta a tierra del equipo y reduce las diferencias de voltaje peligrosas durante las condiciones de falla.

Dado que la mayoría de los conductores de puesta a tierra están enterrados bajo tierra, la inspección visual por sí sola no puede confirmar su estado. Por lo tanto, las pruebas de la red de puesta a tierra son importantes para evaluar el rendimiento de la puesta a tierra, la integridad del sistema y la seguridad del personal. La guía moderna de medición de puesta a tierra cubre la resistividad del suelo, la impedancia de tierra, los potenciales de la superficie del suelo, los voltajes de paso y contacto, la integridad del sistema de puesta a tierra y los factores que pueden afectar la precisión de la medición.

Un sistema de puesta a tierra puede degradarse debido a la corrosión, conexiones dañadas, cambios en la construcción o cambios en las condiciones del suelo circundante. Las pruebas regulares pueden ayudar a:

• Evaluar el rendimiento eléctrico del sistema de puesta a tierra.
• Identificar resultados de medición anormales o inestables.
• Detectar posibles conexiones de puesta a tierra dañadas o de alta resistencia.
• Apoyar las evaluaciones de seguridad de subestaciones.
• Proporcionar datos de referencia para la puesta en servicio y el mantenimiento futuro.

Sin embargo, un solo valor de resistencia no describe la condición completa de una red de puesta a tierra grande. La resistencia a tierra, la continuidad de la red, las condiciones del suelo y los peligros de voltaje en la superficie pueden necesitar ser considerados.

El método de caída de potencial es uno de los métodos más utilizados para medir la resistencia a tierra o la impedancia de tierra.

Se inyecta una corriente de prueba entre el sistema de puesta a tierra bajo prueba y un electrodo de corriente remoto. Luego, se mueve un electrodo de potencial entre ellos para medir la respuesta de voltaje. La relación entre voltaje y corriente se utiliza para determinar la impedancia de puesta a tierra aparente.

Para sistemas de puesta a tierra grandes, las mediciones deben tomarse en múltiples posiciones de sonda. El objetivo es identificar una región estable en la curva de medición en lugar de depender solo de una sola lectura o una regla de espaciado simplificada. Las rutas de puesta a tierra externas, como los blindajes de cables, los neutros, las tuberías y otras conexiones metálicas, pueden afectar significativamente el resultado.

La resistividad del suelo es un factor importante en el diseño y rendimiento del sistema de puesta a tierra. Se utiliza comúnmente el método de cuatro puntos de Wenner: se instalan cuatro electrodos en línea recta con espaciado igual, y el probador inyecta corriente a través de los electrodos exteriores mientras mide el voltaje entre los electrodos interiores.

Las mediciones con diferentes espaciados pueden proporcionar información útil sobre las condiciones del suelo a diferentes profundidades efectivas.

Un sistema de puesta a tierra a veces puede mostrar una resistencia general aceptable y, sin embargo, contener conductores dañados o conexiones deficientes. Las pruebas de integridad de la red de puesta a tierra se centran en la continuidad eléctrica de los conductores y conexiones de puesta a tierra. Esto puede ayudar a identificar:

• Conductores rotos.
• Conexiones corroídas.
• Uniones de puesta a tierra sueltas.
• Juntas de alta resistencia.

Por lo tanto, las pruebas de integridad son un complemento importante a las mediciones de resistencia a tierra.

Durante una falla a tierra, se pueden desarrollar gradientes de voltaje en la superficie de una subestación. El voltaje de paso es la diferencia de voltaje entre dos puntos en el suelo que una persona puede cubrir con sus pies. El voltaje de contacto es la diferencia de voltaje entre una estructura puesta a tierra y la superficie donde una persona puede estar parada.

Estas mediciones son particularmente importantes al evaluar el rendimiento de seguridad de los sistemas de puesta a tierra de subestaciones.

Un proceso de prueba práctico generalmente incluye los siguientes pasos:

1. Revisar el sistema de puesta a tierra: comprender la disposición de la red, las varillas de tierra, las conexiones de los equipos, los blindajes de cables, los neutros y otras posibles rutas de puesta a tierra paralelas.
2. Definir el objetivo de la prueba: determinar si la prueba está destinada a medir la resistencia a tierra, la resistividad del suelo, la integridad de la red o los voltajes de paso y contacto.
3. Seleccionar el método de prueba apropiado: elegir el instrumento y el método de acuerdo con el sistema de puesta a tierra y las condiciones del sitio.
4. Instalar correctamente los electrodos auxiliares: asegurarse de que las posiciones y distancias de las sondas sean adecuadas para el método seleccionado.
5. Realizar mediciones múltiples: mover la sonda de potencial o repetir la medición cuando sea necesario para verificar la estabilidad del resultado.
6. Analizar los resultados: comparar las lecturas con la información de diseño del sistema, los registros de pruebas anteriores y los requisitos de ingeniería aplicables.
7. Documentar la prueba: registrar la configuración de la prueba, las posiciones de las sondas, las condiciones del sitio, los valores medidos y la información del instrumento.

Las mediciones de la red de puesta a tierra pueden verse afectadas por muchos factores, que incluyen:

• Espaciado incorrecto de los electrodos auxiliares.
• Rutas de puesta a tierra paralelas.
• Estructuras metálicas o tuberías enterradas.
• Blindajes de cables y conductores de tierra aéreos.
• Mal contacto de las sondas de prueba.
• Interferencia eléctrica.
• Condiciones de suelo no uniformes.
• Cambios en la humedad y temperatura del suelo.

Por esta razón, una sola medición no debe tratarse automáticamente como una evaluación final. Múltiples mediciones y una revisión de la configuración de la prueba pueden mejorar la confianza en el resultado.

Para pruebas confiables de la red de puesta a tierra:

• Definir claramente el propósito de la prueba antes de comenzar.
• Comprender la red de puesta a tierra completa.
• Seleccionar el método de prueba correcto para la aplicación.
• Utilizar equipos de prueba debidamente calibrados.
• Verificar la estabilidad y repetibilidad de la medición.
• Mantener registros detallados para comparaciones futuras.
• Investigar cambios significativos en los resultados históricos.
• Seguir los procedimientos de seguridad del sitio durante toda la prueba.

Para sistemas de puesta a tierra de subestaciones complejas, se deben considerar diferentes pruebas como complementarias. Una baja resistencia a tierra general no demuestra automáticamente que cada conductor enterrado y conexión de puesta a tierra esté en buenas condiciones.

Las pruebas de la red de puesta a tierra son una parte importante de la puesta en servicio y el mantenimiento del sistema eléctrico. Las pruebas de caída de potencial, la medición de resistividad del suelo, las pruebas de integridad de la red y la evaluación de voltaje de paso y contacto proporcionan información diferente sobre el sistema de puesta a tierra.

El mejor enfoque es seleccionar el método apropiado, controlar las condiciones de prueba, verificar la estabilidad de la medición y evaluar los resultados junto con el diseño real del sistema de puesta a tierra y las condiciones del sitio.

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