Resistencia de electrodos de puesta a tierra: métodos de caída de potencial y pinza

Qué es

Una prueba de resistencia de electrodos de puesta a tierra mide la resistencia entre un electrodo de tierra, o todo un sistema de puesta a tierra, y la tierra remota. El electrodo puede ser una varilla hincada, un anillo enterrado, un electrodo embebido en concreto, una malla de tierra o una combinación, y el número que se reporta es la oposición que la tierra ofrece a la corriente que sale del electrodo. Se realiza en el electrodo principal de puesta a tierra de conjuntos de celdas y tableros de distribución y paneles, en la puesta a tierra de protectores contra sobretensiones de baja tensión, en el sistema de tierra de los arreglos solares fotovoltaicos y, en general, en los sistemas de puesta a tierra de subestaciones y edificios. La medición se hace con un probador de tierra dedicado o con un instrumento de pinza cuando el electrodo forma parte de un sistema de varios puntos. No es lo mismo que una verificación de continuidad de los conductores de unión dentro de una instalación: la prueba que nos ocupa es la conexión con la tierra misma, que depende del suelo y de la geometría del electrodo, tal como describe la guía IEEE 81-2025.

Por qué se realiza

El electrodo de tierra es el lugar por donde finalmente salen del sistema eléctrico la corriente de falla, los rayos y la energía de las sobretensiones. Si su resistencia es demasiado alta, una falla a tierra produce una mayor elevación de voltaje en los equipos puestos a tierra, lo que aumenta los riesgos de contacto y de paso para las personas y hace que los dispositivos de protección operen más lento o con menos seguridad. Los protectores contra sobretensiones dependen de una trayectoria de baja resistencia para descargar la energía, y una mala tierra debilita su protección de las cargas sensibles. Los arreglos solares necesitan una buena tierra para protegerse de los rayos y para que la detección de fallas a tierra funcione con seguridad. Una tierra que era adecuada al instalarse puede degradarse por la corrosión de las conexiones, el secado o congelamiento del suelo, el robo o daño de conductores y obras que alteran la malla. Como estos cambios son invisibles desde la superficie, la prueba es la única forma directa de saber si el sistema aún cumple su función. Las pruebas periódicas también revelan las variaciones estacionales, útiles para saber cuándo es más vulnerable la instalación.

El principio

La corriente inyectada en la tierra se esparce desde el electrodo en todas direcciones, y la oposición que encuentra se concentra en el suelo más cercano al electrodo, donde la densidad de corriente es mayor. Lejos del electrodo, la corriente pasa por un volumen de tierra tan grande que la resistencia adicional es despreciable. Por eso una resistencia de tierra tiene un valor definido, aunque la tierra sea enorme. El método clásico de caída de potencial coloca una sonda auxiliar de corriente a cierta distancia y hace circular una corriente de prueba entre el electrodo y esa sonda, mientras una segunda sonda de potencial se mueve por la línea entre ambos y se lee el voltaje. El potencial en la posición correcta da la resistencia del electrodo como cociente entre voltaje y corriente. Una gráfica de lecturas frente a la posición de la sonda se aplana en una región donde la sonda de potencial queda fuera de la influencia del electrodo y de la sonda de corriente, y esa parte plana indica un resultado válido. Los métodos de pinza funcionan de otro modo: inducen un voltaje en un lazo formado por el electrodo y las demás tierras en paralelo del sistema y miden la corriente resultante, lo que da la resistencia de lazo de la trayectoria probada. La humedad del suelo, la temperatura, las sales y las capas de distinta resistividad alteran la lectura.

Cómo se realiza

El electrodo o sistema que se va a probar se desconecta del equipo que alimenta cuando el método lo requiere, lo cual significa que la prueba se hace con el equipo desenergizado o con el electrodo separado de forma segura según los procedimientos de bloqueo del propietario, pues desconectar la tierra de un sistema energizado es peligroso. Las sondas auxiliares se hincan en suelo firme en línea, a una distancia adecuada del electrodo, con distancias proporcionales al tamaño del sistema de tierra como lo describe la guía: una sola varilla necesita una separación mucho menor que una malla grande. El probador de tierra se conecta con sus cables de corriente y de potencial separados para que no se acoplen entre sí, e inyecta una corriente de prueba alterna, normalmente a una frecuencia elegida para evitar la interferencia de la frecuencia industrial. La sonda de potencial se mueve a varias posiciones y se toma una lectura en cada una, de modo que se pueda comprobar la meseta y confirmar el resultado. Donde el espacio o el acceso impiden hincar sondas, se usa un instrumento de pinza o sin estacas en un electrodo de un sistema de varias tierras, cuidando que el lazo medido sea el previsto. Se anotan la condición del suelo, la lluvia reciente y la temperatura, y las pruebas repetidas se hacen en épocas similares del año para que los resultados sean comparables. Todos los cables se descargan y se retiran, y la conexión del electrodo se restablece antes de volver a poner el equipo en servicio.

Qué se registra

El registro muestra la resistencia medida, el método usado, la separación de las sondas y la disposición respecto al electrodo, junto con una nota de cómo se comportaron las lecturas al mover la sonda de potencial. Incluye la condición del suelo y el clima en ese momento, con la lluvia o la helada recientes, la identidad y el estado de calibración del instrumento y el estado encontrado del electrodo y su conexión, por ejemplo limpio, corroído o alterado recientemente. Un croquis o una descripción de dónde se colocaron las sondas permite que un probador posterior repita la disposición exactamente, algo importante porque una disposición distinta puede cambiar el resultado.

Cómo se juzgan los resultados

Esta página no indica límites numéricos. Los resultados se juzgan por la forma de varios criterios usados en conjunto. El primero es la comparación con la meta de diseño o de especificación de la instalación, que depende del tipo de instalación y de la función de protección de la tierra y la fijan el ingeniero responsable, el propietario y los códigos aplicables. El segundo es la tendencia frente a resultados anteriores del mismo electrodo, tomados con el mismo método, la misma disposición de sondas y la misma época del año, porque un valor creciente indica deterioro aunque aún cumpla la meta. El tercero es comprobar que la lectura es válida: una meseta en la gráfica de caída de potencial, repetibilidad y concordancia entre métodos cuando se usaron dos. El cuarto es el contexto estacional, ya que una lectura tomada en suelo seco o congelado puede ser mayor que el promedio anual. Los métodos de prueba se describen en IEEE 81-2025, y la prueba se pide en ANSI/NETA ATS-2025 para la aceptación y en ANSI/NETA MTS-2023 para el mantenimiento, en las clases de equipo mencionadas. Consulte sus propias copias con licencia de estos documentos para los valores y el texto vigentes.

Variaciones

La prueba de aceptación comprueba que un sistema de tierra recién instalado cumple su meta de diseño y registra la referencia, idealmente antes de que el suelo se asiente y antes de conectar el equipo, cuando el electrodo puede aislarse. La prueba de mantenimiento se hace a intervalos y se compara con esa referencia, y los métodos de pinza se usan con frecuencia por comodidad en sistemas de varias tierras. En celdas y tableros, la pregunta es el electrodo principal de puesta a tierra del edificio. En los protectores contra sobretensiones, la trayectoria de tierra influye directamente en el desempeño de la protección. En los arreglos solares, el sistema de tierra puede abarcar un gran campo de estructuras, y la prueba puede cubrir la puesta a tierra del arreglo además de la del equipo. Las varillas pequeñas y las mallas grandes se comportan de modo distinto, por lo que el método y la separación de las sondas cambian con el tamaño del sistema. Donde el suelo es muy seco, rocoso o está congelado, las lecturas pueden ser difíciles de obtener y se interpretan teniendo en cuenta esas condiciones. La prueba de continuidad relacionada verifica la unión entre puntos dentro de la instalación y complementa esta medición.