Baterías y sistemas de CC
La prueba de detección de tierras confirma que un sistema de corriente continua no aterrizado puede detectar una conexión no intencional entre un conductor y tierra, y que la alarma funciona. Usa lecturas de tensión a tierra y verificaciones del detector en sistemas de baterías y en arreglos solares fotovoltaicos, para que una primera tierra se encuentre antes de que una segunda cause una falla.
Muchos sistemas de baterías de estación y arreglos fotovoltaicos se dejan deliberadamente sin aterrizar, o aterrizados solo a través de un detector de alta impedancia, para que una sola tierra no dispare el sistema. La prueba de detección de tierras verifica que un sistema así pueda reconocer una conexión accidental entre cualquiera de los conductores y tierra, y que avise a alguien. La prueba combina dos tipos de verificaciones. La primera es una medición de la tensión de los conductores positivo y negativo respecto a tierra, que debe estar equilibrada en un sistema sano y desplazarse de manera reconocible cuando existe una tierra. La segunda es una verificación funcional del detector de tierras y de su alarma, que puede ser un relé, un indicador de lámparas, un circuito puente o un monitor electrónico. La prueba se aplica a sistemas de baterías de plomo-ácido ventiladas, reguladas por válvula y de níquel-cadmio y a sus rectificadores, y a sistemas solares fotovoltaicos donde el arreglo y su cableado de corriente continua se vigilan para detectar fallas a tierra. Que el sistema esté intencionalmente sin aterrizar o aterrizado mediante resistencia determina cómo se interpretan las lecturas, por lo que primero se confirma el diseño del sistema.
En un sistema de corriente continua sin aterrizar, una tierra normalmente no provoca nada, y por eso mismo es peligrosa. Permanece inadvertida hasta que aparece una segunda tierra en la polaridad opuesta, momento en el cual ambas forman un cortocircuito a través de la trayectoria de tierra. Esa segunda tierra puede fundir fusibles, disparar interruptores o, peor aún, energizar una bobina de disparo o cerrar un circuito de control que debía estar muerto, causando una operación indeseada de un interruptor. Una tierra persistente también acelera la corrosión de conductores y conectores y puede poner fuga de corriente continua en la batería o en el bastidor. En los sistemas fotovoltaicos, una falla a tierra es un riesgo reconocido de incendio y de descarga porque puede conducir corriente por trayectorias para las que no se diseñó la protección. Un detector de tierras averiado da una falsa tranquilidad, por lo que probarlo demuestra que existe la alerta temprana. Hacerlo en la puesta en servicio establece un sistema limpio, y las verificaciones periódicas aseguran que una tierra en desarrollo se encuentre cuando aún es una molestia y antes de que se convierta en una interrupción.
En un sistema de corriente continua sin aterrizar no hay una conexión deliberada a tierra, así que el sistema flota. Si el sistema está perfectamente aislado, las tensiones positiva y negativa medidas respecto a tierra están equilibradas respecto al punto medio del sistema, ya sea que simplemente flote o que un detector de alta impedancia lo mantenga en el punto medio. Una tierra en un conductor lo lleva al potencial de tierra, de modo que su tensión respecto a tierra cae hacia cero y la tensión del conductor opuesto sube hacia la tensión total del sistema. El desplazamiento de las dos lecturas indica qué polaridad está a tierra y qué tan sólida es la tierra: una tierra franca colapsa la lectura, mientras que una tierra de alta resistencia produce solo un desplazamiento parcial. Los detectores de tierras funcionan vigilando este desequilibrio, inyectando una señal pequeña y midiendo la respuesta, o midiendo la resistencia de aislamiento entre el sistema y tierra, y alarman cuando la fuga rebasa un nivel preestablecido. Como la batería tiene muchas celdas en serie, una tierra a lo largo de ella produce una distribución de tensión que sirve para estimar en qué parte de la cadena se encuentra.
La prueba comienza con el diseño del sistema y el esquema de puesta a tierra confirmados, y con precauciones de seguridad adecuadas para un sistema de corriente continua energizado, incluido el equipo de protección apropiado y medidores con la clasificación de tensión correspondiente. Con el sistema en flotación normal o en su condición de operación, se usa un voltímetro de alta impedancia para medir las tensiones de positivo a tierra y de negativo a tierra y la tensión total del sistema, y se comparan las lecturas entre sí. Los medidores y las puntas de prueba se manejan con cuidado porque una batería puede entregar corrientes de falla muy altas. Luego se prueba el detector de tierras introduciendo una tierra de prueba controlada y segura a través de una resistencia, siguiendo el procedimiento del fabricante, para confirmar que indica y alarma con la sensibilidad de diseño, y que la alarma llega al punto de monitoreo. En los arreglos solares, el dispositivo de detección de fallas a tierra o de monitoreo del aislamiento se verifica de la misma manera, y el arreglo y su cableado se prueban donde se requiera. Toda tierra de prueba introducida se retira después y se confirma el regreso a la normalidad. Si se encuentra una tierra no intencional, se localiza aislando de manera sistemática alimentadores y circuitos derivados, uno a la vez, con autorización y coordinación, observando que las lecturas vuelvan al equilibrio.
El registro indica el tipo de sistema, la tensión nominal y el arreglo de puesta a tierra, los instrumentos usados y la condición de operación. Documenta las tensiones medidas de los conductores positivo y negativo a tierra y el total del sistema, y los resultados de la verificación del detector de tierras, incluido si indicó y alarmó y si la alarma llegó a su destino remoto. Se anotan cualquier tierra no intencional encontrada, su polaridad y gravedad aparentes, y los pasos seguidos para localizarla y eliminarla. Se registran el estado en que se encontró y en que se dejó, junto con la confirmación de que se retiró cualquier conexión de prueba temporal.
Un sistema sano sin aterrizar debe mostrar tensiones a tierra equilibradas y estables, coherentes con el diseño del sistema, y el detector debe alarmar cuando se aplica una tierra de prueba y despejarse cuando se retira. Las lecturas se juzgan frente a lo que predice el diseño del sistema y frente a resultados anteriores, pues un cambio del equilibrio con el tiempo señala una fuga en desarrollo. La sensibilidad de alarma del detector se verifica frente a su ajuste y a los datos del fabricante. IEEE 946-2020 describe el diseño de sistemas auxiliares de corriente continua para centrales generadoras, incluida la detección de tierras, y NEMA PE 5-1997 y NEMA PE 7-2018 describen las funciones de detección de tierras relacionadas con los cargadores. ANSI/NETA ATS-2025 y ANSI/NETA MTS-2023 piden la verificación de la tensión a tierra y de la alarma en sistemas de baterías y solares. Los umbrales y las tolerancias que rigen están en esos documentos y en los datos del equipo, por lo que debe remitirse a ellos para conocer los valores reales.
En la aceptación, la detección de tierras demuestra que el sistema nuevo está limpio y que el detector funciona, y establece una referencia de equilibrio. En el mantenimiento se repite periódicamente y después de cualquier trabajo en el sistema de corriente continua, y una nueva alarma de tierra desencadena una búsqueda. Los sistemas de baterías se verifican normalmente con el cargador energizado, mientras que los arreglos solares tienen la dificultad adicional de que están energizados siempre que hay luz, por lo que importan más los procedimientos seguros y los instrumentos adecuados para la tensión del arreglo. Los sistemas aterrizados mediante resistencia tienen una conexión de referencia a tierra a través de una resistencia, lo que cambia las lecturas esperadas. Los sistemas con más de una batería o cargador pueden requerir aislar cada sección para encontrar una tierra. Algunas instalaciones usan monitoreo electrónico continuo que registra la resistencia a tierra en el tiempo, lo que añade información de tendencia. La prueba es sencilla, pero trata con energía potencialmente alta, por lo que debe hacerla personal calificado.
Las clases de equipo y las secciones de norma que exigen esta prueba, y los formularios de UltraDb que la incluyen.
En un sistema sin aterrizar, una tierra a menudo no causa ningún efecto visible, pero elimina el margen de seguridad. Una segunda tierra en la polaridad opuesta crea un cortocircuito y puede provocar la operación falsa de dispositivos de protección o de control, por lo que la primera debe encontrarse.
Muestran si los lados positivo y negativo están equilibrados respecto a tierra. Un desplazamiento hacia cero en un lado y hacia la tensión total en el otro indica que ese lado está a tierra, y la magnitud del desplazamiento sugiere qué tan sólida es la tierra.
Se aplica una tierra de prueba controlada y segura a través de una resistencia, siguiendo el procedimiento del fabricante, para confirmar que el detector indica y que la alarma se anuncia. Luego se retira la conexión de prueba y se confirma la operación normal.
Sí. Los arreglos fotovoltaicos y su cableado de corriente continua se vigilan para detectar fallas a tierra, que son un riesgo reconocido de incendio y de descarga. El arreglo permanece energizado siempre que hay luz, por lo que las verificaciones exigen un cuidado adicional.
Aislando alimentadores y circuitos derivados uno a la vez, con coordinación, y observando que las lecturas de tensión a tierra vuelvan al equilibrio. El circuito que restablece el equilibrio contiene la tierra. Consulte ANSI/NETA MTS-2023 para la práctica de mantenimiento.
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