En post analizaremos la medida y vigilancia de las instalaciones de puesta a tierra en centros de transformación y subestaciones eléctricas, según el MIE-RAT 13.
21-05-2021
Indice:
En instalaciones de puesta a tierra en centros de transformación a la hora de medir su estado el reglamento hace hincapié en la medida de las tensiones de paso y contacto, siendo el Director de Obra el encargado de verificar las tensiones de paso y contacto aplicadas están dentro de los límites admitidos con un voltímetro de resistencia interna de mil ohmios.
Sí nos vamos al último punto de la ITC MIE-RAT 13 dedicado a la medida y vigilancia de instalaciones de puesta a tierra, nos encontraremos en su primer apartado, el 8.1 la medida de tensiones de paso contacto que podrían ser aplicadas en el momento de la evacuación a tierra de la corriente de defecto y el segundo, 8.2 la vigilancia periódica del estado de la instalación y el mantenimiento d ellos valores de la resistencia de puesta a tierra.
A continuación, en este post entraremos a definir en detalle el sistema de medida de dichas tensiones, por ser algo más complejo que un simple voltímetro. Siendo un conjunto compuesto por una fuente de alimentación que introduce una corriente de defecto menor al valor que la corriente máxima de defecto prevista para la instalación, ente el sistema de puesta a tierra a medir y un electrodo auxiliar, midiéndose las tensiones que aparecen entre unos electrodos que simulan los pies de una persona, que suponen proporcionales a las producidas por la citada corriente máxima, en un voltímetro con una resistencia interna baja, igual a la establecida para el cuerpo humano, que asegura por su mayor efecto de carga una mayor inmunidad a las tensiones parásitas.
Para ello contemplamos el equipo Equipo de medida de tensión de paso y contacto de 55 A - Metrel MI3295 calificado por el laboratorio Central oficial de Electrotecnia (LCOE), en estudio comparativo entre las mediciones de las tensiones de paso y contacto realizadas con el equipo MI3925 y las efectuadas por el método de referencia, capaz de inyectar 50A, supervisado por el propio LCOE. El informe de pruebas nº2010113T0683, de fecha 22 de diciembre de 2010, confirma que el medidor de tensión de paso y contacto: marca METREL modelo MI 3925, en de virtud de su principio de funcionamiento mediante filtros especiales para eliminar las tensiones de perturbación, es capaz de realizar las medidas de las tensiones de paso y contacto aplicadas tanto para centros de transformación como para líneas de alta tensión sin cables de tierra con una fiabilidad y exactitud equiparable al método de referencia reglamentario (que inyecte 50A) siendo las diferencias obtenidas entre ambos métodos menores del 6,3% del valor de referencia o 0,25V).
El sistema de medida de tensiones de paso y contacto cuenta al menos con los siguientes elementos:
Fuente de alimentación: monofásica 230V, 50Hz o trifásica, 230/400V, 50Hz según qué modelo de medidor vaya a alimentar y en concreto que corriente es capaz de inyectar. Esta fuente puede ser la propia red pública disponible en el sitio de la medición o más habitualmente un grupo electrógeno.
Fuente de tensión regulable: con múltiples escalones de regulación y con ajuste fino mediante perilla de control giratoria o sistema equiparable. Suministra una tensión regulable entre 0 y 600V y en función de su potencia, puede inyectar intensidades comprendidas entre 5 y 50 A para poder realizar medidas efectivas con supresión de ruido, en CT y Subestaciones. Adicionalmente debe ser segura, en el caso del MI 3295 esta seguridad viene dada por la baja tensión de salida. (55V).
Un conjunto de mandos para realizar la secuencia de medidas y pruebas, botón de prueba, cursores para moverse por el menú y memoria de mediciones, botón de retroiluminación de led.
Conjunto de elementos de protección: fusibles de protección del circuito de maniobra.
Conjunto de elementos de medida y cálculo, como, por ejemplo, un voltímetro de impedancia interna de 1kΩ y amperímetro controlado por un microprocesador, que además de las mediciones, afectan a los cálculos de resistencia de tierra, resistividad específica del terreno.
Dos electrodos de prueba: de forma cilíndrica de 200cm2 de superficie de base, de 250 N de peso (aproximadamente 25kg) con asa de transporte y bornes adecuados para la conexión de los cables de medida.
Conjunto de accesorios, como cables de 50 metros de longitud, de 10mm2 de sección, con terminales adecuados para la inyección de intensidad con sus carretes de almacenamiento. Cables de 50 metros de lectura de tensiones. Cable puente de unión de los electrodos de contacto.
Siendo la potencia de la fuente de tensión regulable fundamental para efectuar las mediciones cumplimiento con lo establecido en la OM de 27 de noviembre de 1987 publicada en el BOE 291, de 5 de diciembre de 1987, ya que en caso contrario las medidas realizadas podrían verse afectadas por la presencia de corrientes vagabundas o parásitas circulando por el terreno.
… se procurará que la intensidad inyectada sea del orden del 1% de la corriente para la cual ha sido dimensionada la instalación, y en cualquier caso no inferior a 50 A para centrales y subestaciones y 5 A para centros de transformación.
Cuando el redactor de la OM habla de la corriente para la cual ha sido dimensionada la instalación hay que entender que se refiere la máxima corriente de defecto fase/tierra de MT, que es la que provoca la elevación de potencial en la red de tierras. El 1% citado resulta fácil de conseguir en las redes de neutro aislado o en las de puesto a tierra a través de resistencia o impedancia, en las que es poco habitual que dicha corriente supere los 600A y mucho más complicado para las redes de neutro rígido a tierra en los que los valores de intensidad de defecto suelen rondar los 4000A.
En caso de la suma de la resistencia de la tierra que estamos comprobado y la del electrodo auxiliar superara los 120Ω, no conseguimos inyectar los 5A exigidos por la OM citada (600V/120Ω=5A), y la influencia de las tensiones originadas por las corrientes parásitas podrían invalidar el resultado de la medida. Esto se soluciona con el llamado método de la inversión de la polaridad, como se recogen en la citada orden:
…a menos que se emplee un método de ensayo que elimine el efecto (en la medición) de dichas corrientes parásitas, por ejemplo, método de inversión de polaridad.
El método de inversión de la polaridad parte de una medida previa de las tensiones producidas por las corrientes parásitas, Ue. En la práctica estas tensiones erráticas medidas suelen ser despreciables frente a las provocadas por las corrientes inyectadas, pero si esta tensión medida es mayor al 10% de la tensión inyectada el aparato, dependiendo del modelo concreto, lanzará automáticamente o demandará del operador la realización del método de inversión.
La metodología empleada para la medición de tensiones de paso está basada en la aplicación de una corriente entre un punto de la tierra remota y la malla la subestación, cuya eficacia queremos medir. La corriente aplicada eleva el potencial del sistema y permite realizar mediciones controladas de las diferencias de potencial que se podría establecer entre los pies de la persona tipo (de 50kg y 1000Ω de resistencia interna) que caminara por los aledaños de la subestación.
Puesto que, en general, no es posible inyectar los valores de corriente máxima de defecto el RAT permite realizar las medidas con una fracción de esta corriente: del orden del 1% de la Idmax con un mínimo, para los CT de 5A. Los valores de tensión obtenidos en la medida se han de extrapolar multiplicando por la relación entre la Idmax y la corriente realmente inyectada Is, para obtener los valores reales de las tensiones de paso del sistema de puesta a tierra construido.
La tensión de paso es aquella tensión que puede resultar aplicada a los pies de una persona, a la distancia de un paso, durante el funcionamiento de la instalación.
Para averiguar la tensión a la que podría estar sometida una persona que caminase en las proximidades ubicaremos la unidad de potencia en las proximidades del sistema de puesta a tierra. El terminal C1 se conecta desde el circuito de inyección de intensidad al sistema de puesta a tierra que estamos midiendo y el otro a un electrodo auxiliar, normalmente a una pica metálica suministrada con el conjunto que deberá ser hincada en el terreno a una distancia suficiente como para que se encuentre con total seguridad fuera de la influencia del sistema de puesta a tierra (suelo eléctricamente neutro).
Esta “distancia suficiente” se estima en al menos cinco veces la dimensión mayor del sistema de puesta a tierra, con un mínimo de 50m. Aclararemos un poco más esto de “la dimensión mayor”.
La resistencia de puesta a tierra de esta sonda debe ser mantenida al valor más bajo posible con el fin de poder utilizar una corriente de prueba elevada que contribuye a reducir los eventuales efectos de avería presentes sobre el circuito en prueba. Para ello se puede recurrir a artificios tales como empapar el terreno que rodea a la sonda, disponer más sondas en paralelo de distintos largos o utilizar un sistema de tierra auxiliar como referencia.
Alienadas en el interior de la línea determinada por estos dos puntos, sistema de puesta a tierra y electrodo auxiliar se colocan, separadas por distancia entre sí de un 1 metro, las pesas de 25kg que simulan a la persona que camina en las proximidades del sistema de puesta a tierra, y se conexionan a los bornes de medida de tensión del aparato. La posición de estas pesas no es en absoluto irrelevante, puesto qué varia de forma inversamente proporcional a su distancia al centro del electrodo, mientras que el gradiente de potencia, como se deduce de la forma de campo eléctrico disminuye con el cuadrado de la distancia.
La medición se debe repetir varios puntos lo más cercanos posible a la periferia del sistema de puesta a tierra, manteniendo en todo caso la distancia entre los electrodos que simulan la posición de los pies y su alienación en la dirección determinada por el máximo gradiente de tensión.
La metodología empleada para la medición de tensiones de contacto está basada en el mismo principio que la tensión de paso.
La unidad de potencia se posiciona en las proximidades del sistema de puesta a tierra medir, igual que en el caso de la medida de la tensión de paso, y siguiendo las mismas precauciones enumeradas antes en cuanto a la posición y distancia del sistema de puesta a tierra al electrodo auxiliar.
La diferencia entre ambos sistemas de medida reside en las conexiones de tensión a realizar. En el caso de la tensión de paso la medida de la diferencia de potencial se realizaba entre una y otra pesa separada entre sí un metro, lo que simulaba la distancia entre ambos pies de una persona que caminara por las proximidades de la instalación en instante de defecto. En el caso de la tensión de contacto las pesas simulan los pies están colocadas juntas, conectadas entre sí y a un extremo del voltímetro. El otro extremo del voltímetro esta conectada a la masa metálica con la que establecería contacto la mano de la persona cuya seguridad sería puesta en peligro en el momento del defecto. Esta masa metálica cuya tensión de contacto pretende medirse debe ser accesible y distante un metro del emplazamiento de las pesas.
Las instalaciones de tierra serán revisadas, al menos, una vez cada tres años a fin de comprobar el estado de las mismas. Esta revisión, debería incluir la medida de las tensiones de paso y contacto, ya que según la MIE-RAT 13 era el único parámetro válido para calificar la idoneidad de la instalación de puesta a tierra de protección en alta tensión. No obstante, la redacción propuesta por el proyecto de nuevo reglamento, no sustenta esta misma opinión.
Las instalaciones de tierra serán comprobadas en el momento de su establecimiento y revisadas, al menos una vez cada tres años a fin de comprobar el estado de las mimas. Esta revisión consistirá en una inspección visual y en la medida de la resistencia de puesta a tierra.
Si esta redacción se convierte en definitiva se echan de menos algunas de las indicaciones complementarias, como alas incluidas en el punto 12. Revisión de tomas de tierra de la ITC_BT18 de REBT donde se establece que:
Personal técnicamente competente efectuará la comprobación de la instalación de puesta a tierra, al menos anualmente, en la época en la que el terreno esté mas seco. Para ello, se medirá la resistencia de tierra, y se repararán con carácter urgente los defectos que se encuentren. En los lugares en que el terreno no sea favorable a la buena conservación de los electrodos, estos y otros conductores de enlace entre ellos hasta el punto de puesta a tierra, se pondrán al descubierto para su examen, al menos una vez cada cinco años.
Biografía:
Da Costa, Manoel (2014), Centros de Transformación. Anatomía y fisiología. Andavira
IEE Std. 81-1983: IEE guide for measuring earth resistiity, ground impedance and earth surface potentials of a ground system. IEEE March 1983
METREL d.d. (2013) MI 3295 – Sistema de medición de tensión de paso y contacto, manual de funcionamiento. Version 1.4 Código nº 20751 739
ITC MIE-RAT 13, Instalaciones de puesta a tierra.
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