Caída de potencial vs. punto a punto: qué demuestra cada prueba de tierra

Una prueba de caída de potencial mide qué tan bien se conecta con la tierra un electrodo o una malla de puesta a tierra: su resistencia a tierra remota. Una prueba punto a punto mide la trayectoria metálica entre dos partes del sistema de puesta a tierra y unión equipotencial, por ejemplo entre la barra principal de tierra y el bastidor de un equipo. Responden preguntas distintas. Por bueno que sea su resultado, una prueba de caída de potencial no puede demostrar que un equipo tiene una unión equipotencial efectiva.

A continuación comparamos la prueba de caída de potencial con la prueba punto a punto: cuándo usar cada una, dónde se queda corta cada una y cuál conviene en situaciones comunes.

Caída de potencial vs. punto a punto en resumen#

Qué mide una prueba de caída de potencial#

La prueba de caída de potencial (de tres puntos) es la prueba estándar de resistencia de electrodos de puesta a tierra descrita en IEEE Std 81. El instrumento hace circular una corriente entre el electrodo bajo prueba y un electrodo de corriente clavado en el suelo a cierta distancia, y mide el voltaje entre el electrodo y un electrodo de potencial colocado entre ambos. El voltaje dividido entre la corriente es la resistencia a tierra.

En un electrodo pequeño, como una sola varilla, en suelo uniforme y con el electrodo de corriente lo bastante lejos, un electrodo de potencial al 62 por ciento de la distancia al electrodo de corriente lee la resistencia real. Un suelo estratificado o un electrodo de corriente demasiado cerca alteran esa lectura, por lo que se verifica moviendo el electrodo de potencial un 10 por ciento de la separación hacia cada lado. En un anillo de tierra o una malla, grafique las lecturas a lo largo de todo el recorrido. La parte plana de la curva, la meseta, es la resistencia del electrodo, como muestra la figura 1. Si no hay meseta, el electrodo de corriente debe alejarse más.

Muchos instrumentos también ofrecen una conexión de cuatro polos, que agrega un cable de detección en el electrodo para que la resistencia del cable de prueba no influya.

A qué distancia colocar el electrodo de corriente

Todo electrodo está rodeado por una zona de suelo, su área de resistencia, que concentra la mayor parte de su resistencia a tierra, y el electrodo de corriente también tiene la suya. El electrodo de potencial debe quedar en suelo no afectado entre las dos zonas. Si el electrodo de corriente está demasiado cerca, las zonas se traslapan, la curva nunca se aplana y ninguna lectura es correcta, como muestra la figura 2.

IEEE Std 81 deduce la regla del 62 por ciento para un electrodo en suelo uniforme con el electrodo de corriente lo bastante lejos para que las dos áreas de resistencia no se traslapen, y pide verificar la curva en lugar de confiar en una sola lectura. La distancia necesaria depende del tamaño del electrodo, no del tamaño del sitio. Nuestras reglas prácticas:

• Una sola varilla: coloque el electrodo de corriente a una distancia de 5 a 10 veces la profundidad enterrada de la varilla.
• Un anillo de tierra, una malla o un electrodo de losa (tierra Ufer): colóquelo a una distancia de 10 veces la diagonal de todo el sistema.

Mida desde el centro del sistema de electrodos y empiece con el electrodo de potencial al 62 por ciento de esa distancia. La figura 3 desarrolla los ejemplos de esta tabla:

Una varilla se puede probar en la mayoría de los sitios. Un anillo necesita un tramo largo y despejado, y la losa de un edificio puede necesitar un tercio de milla de terreno abierto. Donde no hay espacio, las alternativas habituales son los métodos selectivo y de pinza que se describen más adelante, e IEEE Std 81 describe formas de analizar la curva de un sistema grande cuando no se puede llegar a una meseta completa. Sea cual sea la distancia, grafique la curva y confirme que se aplana antes de confiar en el resultado.

Qué mide una prueba punto a punto#

Una prueba de tierra punto a punto, también llamada prueba de continuidad de dos puntos o prueba de resistencia de unión, mide la trayectoria metálica entre dos puntos del sistema de puesta a tierra y unión equipotencial, por ejemplo de la barra principal de tierra al bastidor de un equipo, a la estructura de acero del edificio o a la unión neutro-tierra de un transformador. El suelo no forma parte del circuito.

Es una prueba sencilla con dos cables. Un telurómetro, como el Fluke 1625-2, se pone en su modo de resistencia de CA a dos polos, primero se compensa (se anula) la resistencia de los cables de prueba y se conecta un cable con pinza a cada punto. El instrumento hace circular una corriente de prueba de CA por la trayectoria metálica entre las pinzas y lee su resistencia, como muestra la figura 4. Una unión en buen estado mide una pequeña fracción de ohm.

Cuándo usar una prueba de caída de potencial#

Use la caída de potencial cuando la pregunta es qué tan bien se conectan los electrodos con la tierra:

• Pruebas de aceptación de un electrodo o una malla nuevos frente a su valor de diseño.
• Demostrar que un solo electrodo cumple con 25 ohms. El NEC 250.53(A)(2) exige complementar un electrodo de varilla, tubo o placa con un segundo electrodo, a menos que tenga una resistencia a tierra de 25 ohms o menos. Solo una prueba permite aplicar esa excepción. Con el segundo electrodo instalado, el NEC no exige ninguna prueba ni fija ningún valor. Rige la edición del NEC que haya adoptado su jurisdicción.
• Cumplir con una resistencia especificada, a menudo muy por debajo de 25 ohms en las especificaciones de compañías eléctricas, telecomunicaciones y centros de datos.
• Seguimiento de tendencias de un electrodo probado de la misma manera a lo largo de los años.

Los límites de la prueba de caída de potencial#

No puede demostrar una unión equipotencial efectiva

Una prueba de caída de potencial mira hacia afuera, del electrodo hacia el suelo. No dice nada sobre si los conductores de puesta a tierra de los equipos tienen continuidad, si los puentes de unión están bien apretados o si un transformador, un motor o la estructura de acero del edificio están conectados siquiera. Una malla puede medir 1 ohm debajo de un tablero de distribución cuya barra de tierra nunca se conectó a ella, como muestra la figura 5(a). Bien hecha, la prueba aísla el electrodo, así que por diseño deja fuera las conexiones de las que depende la unión equipotencial.

No demuestra que una falla a tierra se vaya a despejar

La corriente de falla a tierra regresa a su fuente por los conductores de puesta a tierra de los equipos y los puentes de unión, no por el suelo. El NEC 250.4(A)(5) exige una trayectoria efectiva para la corriente de falla a tierra y establece que la tierra no lo es. Una falla de 120 volts a través de un electrodo de 25 ohms puede producir como máximo unos 5 amperes, muy poco para disparar un interruptor de 20 amperes, así que el equipo en falla sigue energizado.

Hay que eliminar las trayectorias en paralelo

En una acometida típica, el electrodo está unido al neutro de la acometida, que lo conecta con el neutro aterrizado de la compañía eléctrica y con otros electrodos, así que probarlo en sitio mide toda esa red y da una lectura baja. El electrodo debe aislarse, o medirse con el método selectivo, que coloca una pinza de corriente alrededor del electrodo para que solo cuente la corriente de prueba que pasa por él. Aislarlo implica abrir el conductor del electrodo de puesta a tierra, lo que en una acometida energizada es peligroso: puede estar circulando corriente por él, y el sistema se queda sin su electrodo mientras está abierto. Siga prácticas de trabajo seguro como las de NFPA 70E, o desenergice.

El método de pinza (sin estacas) no necesita electrodos auxiliares, pero mide un lazo: el electrodo en serie con todas las demás tierras en paralelo. Solo funciona donde hay muchas trayectorias de retorno en paralelo, nunca en un solo electrodo aislado.

Necesita espacio y suelo sin interferencias

Los electrodos auxiliares necesitan un tramo recto de terreno abierto, y una malla grande puede requerir el electrodo de corriente a cientos o incluso miles de pies: algo poco práctico en la mayoría de las plantas e imposible en un predio urbano pavimentado. Las tuberías enterradas, las cercas y la varilla de refuerzo distorsionan la curva, y las corrientes parásitas agregan ruido. Consulte nuestro artículo sobre cómo probar sistemas de puesta a tierra en sitios grandes.

No es un estudio de tensiones de paso y de contacto

Una resistencia a tierra baja no hace que una subestación sea segura para estar dentro de ella durante una falla. Las tensiones de paso y de contacto se evalúan con un análisis según IEEE Std 80, basado en datos de resistividad del suelo, la corriente de falla y la disposición de la malla. La resistencia medida es solo un dato de entrada.

Mala ingeniería: usar la caída de potencial para verificar la unión equipotencial#

A veces se presenta una prueba de caída de potencial en un edificio, un tanque, una torre o un patín (skid) como prueba de que la estructura y sus equipos están unidos. No lo es, y los informes basados en esa idea suelen repetir los mismos errores:

1. Tomar una resistencia a tierra baja como prueba de la unión. “La estructura midió 2 ohms, así que está unida” confunde dos trayectorias distintas. La prueba midió el suelo alrededor de un electrodo, no los conductores y las conexiones entre la estructura y sus equipos.
2. Probar el electrodo sin aislarlo. Con el conductor del electrodo de puesta a tierra todavía conectado, el instrumento mide el electrodo en paralelo con el neutro multiaterrizado de la compañía eléctrica y con todos los demás electrodos unidos. La lectura sale baja casi siempre, y se reporta como la resistencia del electrodo.
3. Conectar el cable E a cualquier acero que esté a la mano. Una columna, un barandal o un poste de cerca se conectan con una mezcla desconocida de acero, tuberías y neutros. El número describe esa mezcla, no la unión con el tablero de distribución que está a 200 pies.
4. Usar una sola separación fija de electrodos para todo. Un electrodo de corriente a 100 pies puede servir para una sola varilla. En un edificio o en la malla de una planta queda dentro de la propia área de resistencia del electrodo, la curva nunca se aplana, y aun así se reporta la lectura al 62 por ciento.
5. Tomar una sola lectura. Sin curva, sin verificar moviendo el electrodo de potencial un 10 por ciento hacia cada lado, y sin forma de saber si el número significa algo.
6. Tender electrodos y cables a lo largo de metal enterrado. Los electrodos clavados cerca de tuberías enterradas, cercas o varilla de refuerzo, o los cables de prueba tendidos junto a la propia estructura, distorsionan la lectura de formas que un solo número no muestra.
7. Tratar los 25 ohms como valor de aprobación para la unión equipotencial. Los 25 ohms del NEC deciden si un electrodo de varilla, tubo o placa necesita un electrodo complementario. No tienen nada que ver con la unión equipotencial, donde una conexión en buen estado mide una pequeña fracción de ohm.
8. Suponer que una resistencia a tierra baja significa que las fallas se despejarán. La corriente de falla regresa por los conductores de puesta a tierra de los equipos y los puentes de unión. La tierra no es una trayectoria efectiva para la corriente de falla a tierra, por baja que sea su resistencia.
9. Dejar que un solo punto de prueba represente a toda la estructura. Una lectura en un lugar no dice nada sobre el motor, el transformador, el tanque o el bastidor que nunca se conectó.
10. Interpretar mal una prueba de pinza. Una pinza sin estacas alrededor de un conductor que regresa en lazo por acero unido mide el lazo metálico, que da una lectura cercana a cero y se reporta como una tierra excelente.
11. Desconectar el conductor del electrodo de puesta a tierra en una acometida energizada para aislar el electrodo, sin un plan de trabajo seguro, mientras puede estar circulando corriente por él.
12. Omitir cómo se hizo la prueba. Sin las posiciones de los electrodos, el tendido de los cables, las condiciones del suelo y los ajustes del instrumento, el resultado no se puede repetir, comparar en el tiempo ni defender, y a menudo termina bajo un sello de PE que dice que la puesta a tierra y la unión equipotencial fueron “verificadas”.

La solución es sencilla: use la caída de potencial para la conexión del electrodo con la tierra, y pruebas punto a punto para cada unión que importe, cada una documentada para que otra persona pueda repetirla.

Cuándo usar una prueba de unión a tierra punto a punto#

Use la prueba punto a punto siempre que la pregunta sea si el metal está conectado al sistema de puesta a tierra: después de una construcción, modificaciones o equipo agregado; después de fallas a tierra, tormentas y rayos, que pueden abrir por quemadura o aflojar conexiones; y en pruebas de aceptación y de mantenimiento según ANSI/NETA ATS y MTS.

El apartado de sistemas de puesta a tierra de NETA pide pruebas punto a punto entre el sistema principal de puesta a tierra y los bastidores de los equipos eléctricos principales, el neutro del sistema y los puntos de neutro derivados, y pide investigar los valores mayores de 0.5 ohm. Esa cifra es un aviso para investigar, no un valor de aprobación. El mismo apartado también pide una prueba de caída de potencial u otra prueba de IEEE Std 81 del electrodo principal de puesta a tierra, así que la norma pide ambas.

Los límites de la prueba punto a punto#

• No dice nada sobre la resistencia a tierra. Un edificio perfectamente unido puede estar sobre una varilla corroída que mide cientos de ohms.
• Las trayectorias en paralelo pueden ocultar una unión abierta. En un sistema mallado, un puente de unión cortado puede seguir midiendo bajo a través de la tubería conduit, la estructura de acero del edificio u otro conductor, como muestra la figura 5(b). Mida a través del puente específico que necesita comprobar y compare equipos similares para detectar valores atípicos.
• Una corriente de prueba baja puede aprobar una junta defectuosa que después se sobrecaliente o falle con la corriente de falla. IEEE Std 81 describe pruebas de integridad con corriente alta, usadas sobre todo en mallas de subestaciones, para detectar ese tipo de juntas.
• No verifica el calibre del conductor. Cincuenta pies de cobre 14 AWG, demasiado delgado para un alimentador grande, miden aproximadamente 0.15 ohm, muy por debajo de 0.5 ohm. Si un conductor puede conducir la corriente de falla se verifica con los planos y las reglas de dimensionamiento del NEC.
• No es el método de dos puntos de IEEE 81. Ese método estima la resistencia a tierra de un electrodo midiéndolo en serie con una tierra conocida de baja resistencia, como un sistema metálico de tubería de agua. Es una estimación aproximada de la resistencia a tierra, no una prueba de unión, y si las dos tierras están unidas por metal, mide la unión en su lugar.

Una prueba relacionada: unión y continuidad en tuberías#

Las tuberías enterradas plantean la misma pregunta, si el metal está conectado, por otra razón. Un sistema de protección catódica solo protege la tubería con la que está conectado eléctricamente, así que las uniones a través de acoplamientos mecánicos, y entre estructuras que deben compartir un mismo sistema, tienen que tener continuidad. Un acoplamiento o una unión que falló deja sin protección la tubería que está más allá.

Las resistencias de la tubería y de las uniones son mucho más bajas que las lecturas de unión de un edificio, así que la continuidad de una tubería se verifica con un arreglo de cuatro cables en lugar de una prueba de dos puntos. Se hace pasar una corriente de prueba de CD por la tubería con dos cables exteriores, y la caída de voltaje a través de la unión o del acoplamiento se mide con dos cables interiores, como muestra la figura 6. Como el voltaje se mide por separado de la corriente, la resistencia propia de los cables no afecta el resultado. Las lecturas se toman con la corriente de prueba encendida y apagada, o invirtiendo su polaridad, para que se cancelen la corriente de protección catódica de la propia tubería y cualquier corriente parásita. Las verificaciones de continuidad forman parte de la puesta en servicio de protección catódica y de la localización de interferencias y uniones en corto o con falla.

Qué prueba usar: situaciones comunes#

• Una sola varilla de tierra, para evitar un electrodo complementario: caída de potencial, con la varilla aislada.
• Una subestación, un centro de datos o una malla de telecomunicaciones nuevos con una resistencia especificada: ambas: la malla frente a su especificación, y la unión entre ella y cada bastidor y neutro.
• Un transformador, generador o UPS nuevo: punto a punto hacia el equipo nuevo y su unión neutro-tierra.
• Después de una falla o la caída de un rayo: primero punto a punto, y además caída de potencial si el electrodo pudo dañarse.
• Mantenimiento de rutina: ambas, comparadas con los resultados anteriores.
• Un sitio pavimentado sin espacio para los electrodos auxiliares: prueba selectiva o de pinza, donde las trayectorias en paralelo lo permitan.
• Un reclamo que depende de si el equipo estaba puesto a tierra: punto a punto, documentado tal como se encontró.
• Uniones y acoplamientos en una tubería con protección catódica: una prueba de continuidad de cuatro cables.

Por qué una evaluación completa de la puesta a tierra usa ambas#

La puesta a tierra y la unión equipotencial cumplen funciones distintas. La conexión a tierra limita el voltaje por rayos, sobretensiones y contacto con líneas de mayor voltaje, y estabiliza el voltaje del sistema respecto a tierra. La trayectoria de unión lleva la corriente de falla de regreso a la fuente para que operen los interruptores y los fusibles. La caída de potencial verifica la primera función y la prueba punto a punto la segunda, así que una evaluación completa usa ambas, además de una inspección visual. Para diseñar o mejorar un sistema, empiece con un estudio de resistividad del suelo de Wenner de cuatro electrodos: el diseño se basa en él, y explica las lecturas posteriores.

Preguntas frecuentes#

¿Se puede usar un multímetro para una prueba de unión?

Solo como una verificación aproximada de continuidad. Una unión en buen estado mide una pequeña fracción de ohm, cerca del límite de resolución de la mayoría de los multímetros, y la resistencia de los cables y del contacto la altera con facilidad. Use un telurómetro en su modo de resistencia de CA a dos polos, con la resistencia de los cables de prueba compensada.

¿El clima afecta los resultados de las pruebas de tierra?

La resistencia a tierra cambia con la humedad y la temperatura del suelo, así que una lectura tomada después de una lluvia fuerte puede hacer que un electrodo parezca mejor de lo que es. Registre las condiciones en cada prueba de caída de potencial. Las lecturas punto a punto miden metal, así que el suelo casi no las afecta.

¿Con qué frecuencia se deben probar la puesta a tierra y la unión equipotencial?

Al instalarlas, luego con la periodicidad de su programa de mantenimiento, y después de reparaciones, equipo agregado, fallas o rayos. Nuestro artículo sobre con qué frecuencia deben probarse los sistemas de puesta a tierra explica los factores.

Cómo puede ayudar Dreiym Engineering#

Realizamos pruebas de caída de potencial y punto a punto con un telurómetro Fluke 1625-2 como parte de nuestras pruebas del sistema de puesta a tierra, y probamos según ANSI/NETA ATS o MTS cuando su proyecto lo especifica. Cuando la especificación de un propietario, una compañía eléctrica, una empresa de telecomunicaciones o un centro de datos fija un objetivo más estricto que los 25 ohms del NEC, probamos con ese objetivo. Nuestros ingenieros eléctricos de potencia también realizan análisis de cortocircuitos, que determina la corriente de falla que debe conducir una trayectoria de unión, y nuestros ingenieros eléctricos forenses investigan fallas en las que la puesta a tierra puede ser la causa. En tuberías, nuestros ingenieros de corrosión revisan las uniones y la continuidad como parte de las pruebas y la puesta en servicio de protección catódica. Los informes llevan sello de PE cuando se requiera. Contacte con nosotros para solicitar una cotización gratuita.