¿Cómo se mide la malla de tierra de una torre de transmisión que está conectada al cable de guarda?

Artículo de: Rene Antonio Matus Zambrano, gerente general de Ingenieria M&Z

En la ingeniería eléctrica, la correcta medición de resistencia de puesta a tierra en torres de transmisión es crucial, especialmente cuando están interconectadas por cables de guarda. Los métodos tradicionales pueden ofrecer resultados imprecisos por medir la resistencia combinada de las torres. Siguiendo las directrices de la IEEE Std 81, es esencial realizar mediciones precisas bajo condiciones controladas, lo cual puede incluir la desconexión de torres adyacentes.

Los telurómetros de alta frecuencia, como el Metrel 3290, surgen como solución, permitiendo mediciones precisas e independientes al minimizar la influencia de componentes externos. Nuestra empresa ofrece servicios avanzados de medición de mallas de tierra con tecnología de punta, incluyendo pruebas especializadas para evaluar la capacidad de los sistemas de tierra frente a condiciones extremas. Para más detalles sobre nuestros servicios y demostraciones, contáctanos por DM o al +56952000241.

La tarea de medir la resistencia de puesta a tierra (PAT) de torres individuales en subestaciones y líneas de alta tensión se complica por la interconexión entre estas estructuras. Al utilizar telurómetros convencionales, como los modelos AEMC 6471 o Fluke 1623, que según sus manuales operan a baja frecuencia, los resultados obtenidos pueden ser engañosos. Estos dispositivos tienden a medir la resistencia combinada de todas las torres conectadas en paralelo, reflejando su impedancia a baja frecuencia, en lugar de la PAT específica de una sola torre. Este desafío destaca la necesidad crítica de adoptar métodos de medición más sofisticados que permitan una evaluación precisa de la PAT de cada torre, sin la interferencia de las conexiones intertorre.

Para realizar mediciones precisas de la resistencia de tierra en torres de alta tensión, es imperativo seguir criterios específicos establecidos por la norma IEEE Std 81. Esta normativa subraya la importancia de condiciones adecuadas para aplicar la regla del 62%, las cuales incluyen un suelo uniforme, una considerable distancia entre la malla de tierra bajo prueba y los electrodos de referencia, y asegurar que el electrodo bajo prueba esté libre de conexiones a tierra externas. En el entorno particular de las torres de alta tensión, donde la interacción con estructuras cercanas puede influir significativamente en las mediciones, la norma sugiere la desconexión de torres adyacentes para permitir mediciones independientes. Esta práctica busca minimizar las interacciones eléctricas que podrían distorsionar los resultados, asegurando mediciones que reflejen con precisión la resistencia de tierra de cada torre individualmente.

Los telurómetros de alta frecuencia, como el modelo Metrel 3290, han revolucionado la metodología para medir la resistencia de puesta a tierra en torres de transmisión. A diferencia de los métodos convencionales, que pueden resultar en mediciones afectadas por la interconexión del sistema de tierra de la línea de transmisión, los telurómetros de alta frecuencia utilizan principios distintos que permiten una evaluación más precisa e independiente de cada malla de tierra de torre.

La clave de su funcionamiento radica en la reactancia que presentan los diferentes componentes del sistema a la frecuencia de operación del instrumento. La inyección de corriente de alta frecuencia, regulada típicamente a 25 kHz, conduce a que la reactancia inductiva XL de la línea de transmisión aumente. Esto hace que la mayor parte de la corriente inyectada por el telurómetro se confine a la malla de tierra de la torre debido a que la reactancia de la línea, siendo proporcional a la frecuencia (XL=2πfL), es más alta comparada con la malla de tierra.

Además, el telurómetro de alta frecuencia puede realizar mediciones compensando la reactancia inductiva mediante la inyección de capacitancia, lo que se ajusta hasta alcanzar un punto de resonancia donde la reactancia inductiva y la capacitiva se anulan mutuamente (XL+XC=0), permitiendo que la impedancia total del sistema de tierra refleje principalmente la resistencia real de la malla (Rc). Este ajuste permite despreciar la influencia de la reactancia del cable de guarda, y así, el valor mostrado por el equipo (indicado como Z=R) representa con mayor fidelidad la resistencia de puesta a tierra que se desea medir.

El telurómetro Metrel MI 3290 GX asegura que las mediciones de resistencia de tierra de torres de alta tensión se realicen sin la influencia de mallas de tierra externas. Su diseño de alta frecuencia concentra la corriente en la malla de tierra inmediata, proporcionando resultados precisos y específicos a la torre examinada.

Siguiendo el mismo principio aplicado a las torres de alta tensión, el telurómetro de alta frecuencia, como el Metrel MI 3290 GX, es crucial para la medición efectiva de mallas de tierra grandes. Este dispositivo se vale de la alta frecuencia para focalizar la corriente inyectada en la sección inmediata al punto de conexión, minimizando la influencia de las secciones periféricas extensas de la malla. La razón subyacente es que a alta frecuencia, las reactancias inductivas periféricas aumentan, limitando así la distribución de corriente a áreas más lejanas y permitiendo que la medición refleje más fielmente la resistencia de la sección de tierra más relevante para eventos transitorios, como descargas atmosféricas. Este enfoque es coherente con las normativas y recomendaciones de la IEEE Std 81, que abogan por prácticas de medición que aseguren la precisión al determinar las características de la puesta a tierra, especialmente en sistemas complejos y extensos.

Ahora solo mencionaremos 3 nuevas mediciones que realizamos con el intrumento Metrel 3290, para diversas soluciones de campo:

1. El Test de Cable de Guarda de Pylon (PGWT por sus siglas en inglés) se lleva a cabo para verificar la conexión del cable de guarda aéreo. Durante la medición, se inyecta una corriente sinusoidal Igen en la tierra a través de una sonda auxiliar (H). La resistencia de esta sonda auxiliar debe ser lo más baja posible para permitir la inyección de una corriente de prueba alta, lo cual es crucial para mejorar la inmunidad contra corrientes de tierra espurias. En este caso, el uso de más sondas en paralelo puede reducir la resistencia Rc.La corriente del cable de guarda aéreo, Ig_w, se mide según la siguiente ecuación:Ig_w=Igen[mA]−If_sum[mA]donde If_sum es la corriente total medida por las pinzas Flex, que es la suma de las corrientes If1 y If2:If_sum=If1[mA]+If2[mA]Estos términos se definen como:

• Ig_w: Corriente del cable de guarda aéreo.
• Igen: Corriente del generador (corriente de prueba inyectada).
• If_sum: Corriente total medida con las pinzas Flex.

El PGWT es esencial para asegurar que la integridad de la conexión del cable de guarda aéreo se mantenga, lo cual es un aspecto vital para la seguridad y el funcionamiento correcto de las infraestructuras de transmisión eléctrica. La capacidad de aislar y medir específicamente la corriente del cable de guarda permite a los ingenieros evaluar y mantener adecuadamente la efectividad del sistema de puesta a tierra.

2. La Impedancia de Impulso (Zp) es un parámetro técnico clave para prever el comportamiento de los sistemas de puesta a tierra en condiciones transitorias, ofreciendo una relación directa entre el aumento máximo potencial y el incremento máximo de corriente durante eventos como descargas eléctricas. Esta medición, crucial para entender la capacidad de un sistema de tierra para manejar condiciones extremas, se determina mediante la relación entre el voltaje pico (Upeak) y la corriente pico (Ipeak), ajustada por la impedancia interna del instrumento (Zin), típicamente de 1 ohmio.

Zp=Upeak/Ipeak−Zin

El proceso involucra la inyección de un impulso de corriente (10/350 µs) en la tierra a través de una sonda auxiliar, con el objetivo de mantener la impedancia de esta sonda lo más baja posible para permitir la inyección de una alta corriente de prueba. Este enfoque mejora la inmunidad contra corrientes de tierra espurias y permite una evaluación precisa de la capacidad de disipación del sistema de tierra ante impulsos transitorios, destacando la importancia de la impedancia de impulso en la evaluación integral de sistemas de puesta a tierra.

3. La medición selectiva utilizando Pinzas Flex (1-4) es una técnica avanzada diseñada para evaluar de manera específica las resistencias a tierra de puntos de conexión individual dentro de un sistema de puesta a tierra, como podría ser cada pata de una torre de línea de energía. Esta metodología permite realizar mediciones sin necesidad de desconectar la conexión a tierras remotas, lo que facilita un proceso de evaluación más eficiente y menos intrusivo.

Utilizando un cableado de cuatro polos, la medición implica la inyección de una corriente sinusoidal a través de una sonda auxiliar (H), buscando que la impedancia de esta sonda sea lo más baja posible para facilitar la inyección de una alta corriente de prueba. Esta estrategia mejora la precisión de la medición al minimizar la influencia de corrientes de tierra espurias y permite evaluar de manera selectiva las resistencias de diferentes puntos de conexión a tierra mediante la medición de las corrientes selectivas If1−4 a través de los electrodos de tierra elegidos por el usuario.

La impedancia a tierra seleccionada para cada punto específico, Zsel1−4, se determina a partir de la relación entre el voltaje medido y la corriente (If1−4), permitiendo así identificar el valor de resistencia de cada «pata» de la estructura sin interferencias de otras conexiones. Esta técnica no solo mejora la exactitud de las mediciones de resistencia a tierra de componentes individuales dentro de un sistema complejo sino que también permite una evaluación detallada de la integridad y la eficacia de la infraestructura de puesta a tierra.

Artículo realizado por el Ing. Rene Antonio Matus Zambrano a quien agradecemos por compartir esta información. Recomendamos seguirlo por Linkedin.