04 - Press Release - Medición de Resistencia e Resistividad

1 - Medición de resistencia y resistividad en suelos de alta resistividad
2 - Método de alta frecuencia (25 kHz) — Aplicaciones en líneas de transmisión y subestaciones
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Objetivo de la presentación
Esta presentación aborda dos desafíos técnicos distintos encontrados en campo, relacionados con la puesta a tierra eléctrica:
Desafío 1 — Resistividad del suelo
Medición de resistividad en condiciones de alta resistividad, donde la corriente eléctrica se dispersa con gran dificultad.
Desafío 2 — Puestas a tierra interconectadas
Evaluación de puestas a tierra en estructuras interconectadas utilizando un método de alta frecuencia (25 kHz).
Problemas diferentes requieren técnicas diferentes. Aunque ambos temas están relacionados con la puesta a tierra, tratan de aplicaciones distintas y requieren instrumentos específicos.
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Agenda
Parte 1
Resistencia de tierra y resistividad en suelos de alta resistividad
Parte 2
Método de alta frecuencia (25 kHz) para puestas a tierra interconectadas
Cierre
Síntesis técnica y preguntas
Duración estimada: 40 minutos de presentación + 10 minutos para preguntas y discusión.
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Parte 1
Medición de resistencia de tierra y resistividad del suelo
Suelos de alta resistividad: desafíos de campo e instrumentación adecuada
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Principio de Medición de la Resistencia de Puesta a Tierra
Para medir la resistencia de un sistema de puesta a tierra, se utiliza un circuito de prueba con electrodos auxiliares clavados en el suelo.
Inyección de Corriente
El instrumento inyecta corriente entre el electrodo bajo prueba (E) y el electrodo auxiliar de corriente (H).
Medición de Tensión
Se mide la tensión entre el electrodo bajo prueba (E) y el electrodo de potencial (S).
Cálculo de la Resistencia
La resistencia se calcula mediante la relación R = V / I
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El desafío de los suelos de alta resistividad
Características:
Resistencia de las estacas auxiliares
Tiende a ser muy alta
La medición
Se vuelve inestable o imprecisa con métodos convencionales
Los recursos auxiliares no siempre son efectivos
Estacas en paralelo, tratamiento químico del suelo y otros
Son comunes en regiones con:
Suelo seco
Regiones desérticas o semiáridas
Suelo rocoso
Regiones volcánicas o montañosas
Suelo arenoso
Regiones costeras
Baja humedad
Lugares con baja precipitación o irrigación
En estudios de puesta a tierra en general, es común encontrar suelos donde la corriente eléctrica se dispersa con gran dificultad
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¿Cuál es la resistencia de una varilla en contacto con el suelo?
Parámetros del escenario
Profundidad de la varilla
25 cm
Diámetro
10 mm
Resistividad del suelo
20 kΩ·m
Resistencia estimada de la varilla
Para una varilla vertical única, la resistencia aproximada se obtiene mediante:
R = \frac{\rho}{2\pi L} \left[\ln\left(\frac{4L}{d}\right) - 1\right]Resultado
R ≈ 46 kΩ
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¿Qué significa esto en la práctica?
En suelos muy resistivos, los ruidos eléctricos, las tensiones inducidas y las resistencias de contacto pasan a tener un peso relevante sobre el resultado. El desafío central pasa a ser inyectar suficiente corriente en el suelo.
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Ejemplo de medición por el método de Wenner
Configuración del ensayo
Resistividad: 20 kΩ·m
Espaciamiento entre electrodos (a): 8 m
Profundidad de las picas: 25 cm
Fórmula de Wenner:
\rho = 2\pi a R
Para este escenario, la resistencia equivalente es aproximadamente R ≈ 200 Ω
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Del ejemplo anterior:
Una estaca enterrada a 25 cm de profundidad en un suelo con resistividad de 20 kΩ·m tendrá una resistencia de contacto de 46 kΩ.
El circuito de inyección de corriente está compuesto por las estacas E y H (A y B), por lo tanto, la resistencia sumada al circuito por las estacas auxiliares será de 92 kOhm
Terrómetro convencional aplica una tensión de hasta 50 Vca
Cálculo simple:
V = R \times I200\ \Omega \times 0{,}52\ mA = 0{,}11
\ VCon una corriente de ensayo de solo 1 mA, la tensión disponible es de apenas 0,4 V.
¿Por qué la medición resulta difícil?
Consecuencias prácticas
Ruido eléctrico
Las señales de baja amplitud se contaminan fácilmente con el ruido de fondo
Tensiones inducidas
Las interferencias de campos externos pueden superar a la señal útil
Necesidad de un voltímetro potente
Con extrema sensibilidad y múltiples filtros
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Influencia de la Corriente en la Tensión Medida
Cuanto mayor sea la corriente de ensayo, mayor será la señal útil disponible para la medición. Las tensiones por debajo de 1 V son susceptibles a interferencias significativas.
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¿Por qué aumentar la corriente de ensayo?
Lógica del método de cuatro electrodos
La corriente se inyecta a través de los electrodos externos (A y B) y la tensión se mide entre los internos (M y N).
Si la corriente inyectada es insuficiente, la tensión disponible para la medición se vuelve muy pequeña — por debajo del umbral de confiabilidad del instrumento.
Más corriente = más señal útil. Los instrumentos con mayor capacidad de corriente permiten mediciones más robustas en suelos muy resistivos.
¿Por qué aumentar la tensión de ensayo?
Consecuencia natural de la necesidad de aumentar la corriente
Para vencer la gran resistencia de las estacas auxiliares en terrenos difíciles, a fin de inyectar corrientes adecuadas para una buena medición, el único camino es subir el nivel de tensión generado por el instrumento.
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Resistivímetro: Origen Geofísico
Desarrollo original
Los resistivímetros fueron desarrollados para aplicaciones geofísicas, donde son comunes:
Grandes espaciamientos entre electrodos
Suelos y rocas de alta resistividad
Necesidad de mayor tensión y corriente de ensayo
Finalidad de determinar capas profundas
Tecnología adaptada al estudio de puesta a tierra. Estas características los hicieron igualmente útiles en estudios de puesta a tierra eléctrica en suelos difíciles.
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Comparativa de Instrumentos
Portabilidad de telurómetro con potencia de resistivímetro. El GRM176 reúne lo mejor de ambos mundos para estudios de puesta a tierra en campo.
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Método de Schlumberger
El método de Schlumberger es una variante del método de cuatro electrodos utilizado para la medición de la resistividad del suelo.
Inyección de corriente
El instrumento inyecta corriente entre los electrodos externos (A y B).
Medición de tensión
La diferencia de potencial se mide entre los electrodos internos (M y N).
Cálculo de la resistividad
La resistividad se calcula a partir de la relación entre tensión y corriente.
Practicidad en campo
Los electrodos de potencial M y N permanecen fijos en el centro, mientras que los de corriente se alejan progresivamente, lo que reduce los reposicionamientos, el esfuerzo y el tiempo de levantamiento.
\rho = K \times \frac{V}{I}
donde: ρ = resistividad del suelo | V = tensión entre M y N | I = corriente entre A y B | K = factor geométrico
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Conexiones del método de Schlumberger
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¿Por qué es tan práctico el método de Schlumberger?
Menos reposicionamientos
Los electrodos internos permanecen fijos durante todo el levantamiento.
Menor esfuerzo físico
Reducción significativa del desplazamiento en terrenos accidentados.
Mayor agilidad
Campañas extensas en campo concluidas en menos tiempo.
Menos error operativo
Menos manipulaciones reducen la probabilidad de un posicionamiento incorrecto.
Wenner
Mueve 4 estacas en cada espaciamiento.
Schlumberger
Mueve solo 2 estacas (externas) en cada expansión.
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GRM176 — Resistivímetro Digital
Características principales
Alta Tensión de Ensayo
Supera la limitación de los telurómetros convencionales en suelos resistivos
Mayor Capacidad de Corriente
Garantiza una señal útil incluso en condiciones adversas del suelo
Portátil con Batería Interna
Operación autónoma en campo remoto
Métodos soportados: Resistencia a tres y cuatro hilos, Wenner y Schlumberger
Solución práctica para suelos de alta resistividad.
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Parte 2
Método de alta frecuencia (25 kHz)
Evaluación de puestas a tierra interconectadas en torres de transmisión y subestaciones
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Descargas atmosféricas: Un fenómeno transitorio
La descarga atmosférica no posee una frecuencia única. La corriente de rayo es un impulso transitorio con un frente muy rápido y un decaimiento más lento, generando un espectro amplio de frecuencias.
Forma de onda típica
Frente: 1–5 µs
Cola: 20–100 µs
Contenido espectral
Consejo: Gran parte de la energía espectral de la corriente de rayo se encuentra en el rango de decenas de kHz, lo que coincide con la frecuencia de ensayo del método de 25 kHz.
Rango espectral relevante: ≈ 10 kHz hasta 100 kHz
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¿Por qué utilizar mediciones a 25 kHz?
Los estudios sobre descargas atmosféricas y transitorios en líneas de transmisión muestran que una porción significativa de la energía espectral de la corriente del rayo ocurre en el rango de decenas de kHz, rango en el que los efectos inductivos de las estructuras metálicas también se vuelven relevantes.
Influencia de la inductancia
En decenas de kHz, la reactancia inductiva de los conductores largos se vuelve significativa, alterando la distribución de la corriente en el sistema.
Representación de transitorios
Este rango representa mejor el comportamiento de la puesta a tierra durante transitorios rápidos, como las descargas atmosféricas.
Separación de caminos
La impedancia inductiva reduce la influencia de caminos paralelos largos, favoreciendo la circulación a través de la puesta a tierra local bajo prueba.
Las mediciones alrededor de 25 kHz permiten observar efectos físicos relevantes del comportamiento de la puesta a tierra durante transitorios rápidos.
Nota técnica: 25 kHz no es la frecuencia del rayo; es un rango donde se pueden observar efectos inductivos relevantes para los transitorios de rayo.
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El desafío de medir sistemas de puesta a tierra interconectados
El problema en campo
En torres de transmisión y mallas de subestaciones, la puesta a tierra está conectada físicamente a estructuras conductoras extensas, como:
Torres vecinas
Malla de la subestación
Equipos puestos a tierra
La corriente no recorre únicamente la puesta a tierra local. Múltiples caminos paralelos dificultan la evaluación individual del electrodo.
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El cable de guarda (OPGW/GS)
Conecta en paralelo todo el sistema
Incluye torres adyacentes, equipos y mallas en la medición, contaminando el resultado
No debe ser desconectado
Por seguridad de los operadores y del sistema
Inviabilidad de la desconexión
Desconectar en la cima de la torre exige escalar y trabajar cerca de altos niveles de tensión
Desconectar las patas expone al trabajador a corrientes de fuga debido a posibles fallas en los aisladores
Situación real en torre/subestación
En estructuras interconectadas, el valor medido representa el conjunto de la estructura, y no solo la puesta a tierra que se desea evaluar.
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El principio del método de alta frecuencia
¿Por qué importa la frecuencia?
Cuando la frecuencia aumenta, los caminos largos y las estructuras metálicas pasan a presentar un comportamiento inductivo significativo.
Z = R + jX_LX_L = 2\pi f L
Cuanto mayor es f, mayor es la reactancia inductiva de los caminos adyacentes.
Una pequeña inductancia de 100 mH expuesta a una frecuencia de 25 kHz resulta en una impedancia de aproximadamente 15.7 kOhm
15.7 kOhm es muy superior a la impedancia típica de una puesta a tierra de pie de torre, que por lo general está por debajo de los 10 Ohms
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Características
Perfil de Impedancia del Sistema de Puesta a Tierra
Cómo la geometría y la frecuencia moldean la respuesta eléctrica de la puesta a tierra
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Perfil de Puesta a Tierra: Resistencia + Inductancia
Circuito equivalente
Composición
Resistencia R
Dispersión de la corriente en el terreno — propiedad del suelo
Reactancia XL
Geometría y longitud de los conductores enterrados
El comportamiento medido a 25 kHz depende del suelo y de la geometría de la puesta a tierra.
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Topologías típicas de puesta a tierra en torres
Varilla vertical
Electrodo único hincado verticalmente. El camino conductivo externo más corto.
Contrapeso horizontal
Conductor enterrado horizontalmente desde la base. Mayor contribución inductiva.
Anillo de base
Conductor en anillo alrededor de la cimentación. Mejor distribución alrededor de la base.
Radial múltiple
Conductores radiales desde la base. Mayor área de dispersión, geometría más compleja.
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La geometría de la puesta a tierra influye en el resultado
Observación cualitativa
Esta tabla presenta tendencias cualitativas. Los valores absolutos dependen de las dimensiones reales, la resistividad del suelo y las condiciones de instalación.
Diferentes topologías producen comportamientos distintos a 25 kHz — la lectura contiene información sobre la geometría del sistema.
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¿Por qué importa también la componente inductiva?
Lo que revela la inductancia
La evaluación de la reactancia inductiva ayuda a comprender el comportamiento eléctrico de la estructura, especialmente en sistemas con:
Conductores largos enterrados
Geometrías extensas de malla
Cables de guarda interconectados
Caminos paralelos de corriente
La medición a 25 kHz no observa solo el suelo: también revela características eléctricas de la estructura de puesta a tierra.
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Determinación de la Reactancia Inductiva
El principio de compensación
Para aislar la resistencia de la puesta a tierra, es necesario compensar la componente inductiva introduciendo una reactancia capacitiva equivalente:
X_C = \frac{1}{2\pi f C}En la condición de resonancia:
X_L = X_C \Rightarrow Z \approx R
Cuando ocurre la compensación, la impedancia medida se aproxima a la componente resistiva de la puesta a tierra.
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Resonancia LC por Hardware
Ventajas de la compensación por hardware
Separación eficaz de la componente inductiva
No requiere procesamiento ni tratamiento pesado de datos
Mayor confiabilidad del resultado
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Cómo interpretar la medición en campo
Valores elevados pueden indicar:
Puesta a tierra insuficiente
Electrodos subdimensionados para el suelo existente
Degradación de los conductores
Corrosión o deterioro de conductores enterrados
Conexiones deterioradas
Contactos con alta resistencia que comprometen la continuidad
Suelo muy desfavorable
Resistividad elevada que limita la dispersión de corriente
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Seguimiento de la evolución a lo largo del tiempo
Análisis comparativo
Medición Anterior
2 Ω | 48 mH— Ene/2022
Medición Actual
7,5 Ω | 87 mH — Ene/2024
Variación
Aumento de más de 3 veces — señal de atención
Más importante que el valor aislado es su evolución histórica.
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TM25t — Telurómetro de alta frecuencia
Desarrollado para puestas a tierra interconectadas
Corriente de prueba a 25 kHz
Método de alta frecuencia para el aislamiento eléctrico de la puesta a tierra local
Compensación LC interna
Separación de la componente inductiva mediante solución de hardware
Sin desconexión de la estructura
Medición en servicio, en torres y mallas de subestaciones
Solución para puestas a tierra en servicio.
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Resumen del método de alta frecuencia
Estructura interconectada
Dificulta la medición convencional: la corriente se divide a través de múltiples caminos.
Alta frecuencia
Aumenta la reactancia inductiva en los caminos extensos (cables de guardia, torres vecinas).
Corriente local
Los caminos largos se vuelven menos atractivos; la corriente tiende a circular por la puesta a tierra local.
Compensación LC
La reactancia capacitiva interna neutraliza la componente inductiva del conductor enterrado.
Lectura útil
El resultado se aproxima a la resistencia de dispersión de la puesta a tierra local.
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Conclusiones
Parte 1
Resistividad del suelo → GRM176
Los suelos de alta resistividad requieren mayor tensión, mayor corriente y métodos de campo apropiados (Wenner o Schlumberger).
El GRM176 ofrece portabilidad de telurómetro con capacidad de resistivímetro.
Parte 2
Puesta a tierra interconectada → TM25t
Las estructuras interconectadas requieren métodos de prueba avanzados.
El TM25t permite una evaluación en servicio, sin desconectar la estructura, utilizando alta frecuencia con compensación de la componente inductiva.
No se trata de elegir entre métodos concurrentes, sino de aplicar la técnica correcta para cada problema.
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Cierre
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Contacto
Ing. Ricardo Vizzari
[email protected]
Representante en Perú
Logytec S.A.
[email protected]
(511)561-1342
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