Comprobación de las interconexiones eléctricas

04-24-2012 | Conexión a tierra

Por Chuck Newcombe

Chuck Newcombe

Ya han pasado 45 años y el mundo de la comprobación eléctrica ha cambiado mucho a lo largo del tiempo. En esta columna, volveré a visitar las técnicas de prueba que se usaban en 1963 en una empresa aeroespacial, y las compararé con las herramientas y los métodos actuales.

Mi ejemplo es el proceso para comprobar las conexiones eléctricas que requiere el Código Eléctrico Nacional (NEC) para los sistemas de puesta a tierra. Por supuesto que el uso de prácticas de construcción estándar y la observación visual son útiles, pero cómo se sabe si las conexiones eléctricas que ha realizado servirán para el propósito que fueron previstas

En el caso de la empresa aeroespacial, después de haber visto problemas de instrumentación en partes de un edificio de producción, se me solicitó que verifique que las conexiones de puesta a tierra del receptáculo fueran de menos de 15 ohmios cerca de los postes de la estructura metálica del edificio; las especificaciones de conexión eléctrica de la construcción en un edificio que ahora estaba vivo, eléctricamente hablando, las 24 horas del día, los 7 días de la semana. No había un momento en el que pudiera apagar el suministro al edificio para hacer las mediciones de ohmios comunes y se podían observar por todas partes niveles bajos tanto de CC como de tensiones de 60 Hz, lo cual complicaba la situación.

¿Qué debe hacer? Necesitaba diseñar un método de comprobación que pudiese solucionar las limitaciones y obtener los datos de comprobación deseados. Y en un edificio en el que teníamos casi un conjunto de equipos de comprobación ilimitado, tuve todos los recursos que mi mente inventiva podía haber pensado necesitar. Lo siguiente es lo que resultó.

Decidí medir la impedancia de CA entre los pasadores de la puesta a tierra, el receptáculo a tierra y las vigas de acero verticales cercanas del edificio. La tarea requería que monte un equipo de comprobación en un carrito de carga que incluyera:

  1. Un generador de funciones para producir ondas sinusoidales de tensión de baja frecuencia. Para mis comprobaciones seleccioné una frecuencia de 83 Hz. Habrá más detalles más adelante.
  2. Un amplificador de audio de banda ancha con un transformador de salida de múltiples tomas, el cual me permite seleccionar impedancias de salida muy bajas y aumentar al máximo la corriente disponible.
  3. Un voltímetro de banda estrecha para leer solo las caídas de tensión que se producen por la combinación del generador/amplificador de funciones en el circuito entre la viga y el conector del receptáculo.
  4. Un resistor de derivación de baja reactancia para usar con el voltímetro sintonizado para determinar la corriente que fluye en el circuito entre la viga y el conector de puesta a tierra del receptáculo.
  5. Una regla deslizable para calcular la impedancia de CA medida mediante la ley de Ohm.

Hay, por supuesto, varios cables y conductores de comprobación para redondear la configuración de la comprobación, entre los que se incluye un cordón de extensión y un receptáculo de energía con 4 salidas para alimentar todo el sistema electrónico que funciona a partir de la línea. El costo completo de la instalación fue de $4000 en dólares de 1963. Además, finalmente hubo un requisito para quitar la pintura y el imprimador de los puntos de comprobación de la viga a fin de hacer una buena conexión eléctrica.

¿Se podría haber medido la resistencia de CC de la ruta eléctrica con técnicas similares? La respuesta es sí, pero eso podría requerir un voltímetro de demodulación sincrónica para decodificar los datos de segunda armónica de las señales de CA. Lo podría haber hecho, pero no lo hice.

Después de comprobar a 83 Hz probé con 94 Hz. ¿Por qué los valores son extraños? No quería que hubiese errores que se debieran a posibles interacciones entre los armónicos de 60 Hz que sabía que estaban presentes y las armónicas de la frecuencia de comprobación que se usó. Y al comparar los datos que se tomaron a dos frecuencias diferentes pude estimar la inductancia del circuito y con ello calcular con rigurosidad la resistencia de la CC.

Entonces, ¿cómo se puede hacer una medición tal de forma específica?, ¿dónde hay que conectar?

El método que usé incluía cuatro cables. Uno para inyectar corriente en la viga y otro en la toma de la puesta a tierra del receptáculo para completar el lazo de corriente a la fuente. Un tercer cable se conectó a la viga cerca del punto de inyección de corriente y el cuarto al pasador insertado en la toma del receptáculo. (Debido a que dos de las cuatro conexiones dependen de la conexión entre el pasador y la toma, se la conoce técnicamente como una medición de ohmios de tres terminales).

El nivel de corriente se determinó mediante la medición de la caída de tensión a través del resistor de derivación colocado en serie con los cables de corriente y con esa corriente y la caída de tensión de la viga a la toma usé la ley de Ohm para completar el ejercicio.

Cuán diferente es hoy. Tome por ejemplo, el comprobador de puesta a tierra Fluke 1625 Geo. A poco más de USD 3200, esta herramienta hace todo lo que hacía en 1963 y más. En realidad mide la resistencia de CC con un método similar al que decidí no usar en mis comprobaciones. El 1625 también proporciona varios métodos para evaluar los sistemas de puesta a tierra. De hecho, ese es el foco principal de su diseño.

Lo que realmente me gusta de esta herramienta es el hecho de que puede funcionar con batería, lo que quiere decir que uno se puede olvidar de los cables de extensión que se necesitan en mi sistema de comprobación.

Epílogo

Simplemente llevé a cabo la comprobación de la puesta a tierra de 3 polos en mi entrada de servicio con el 1621. Tomé tres lecturas y las promedié, el resultado fue 0.53 ohmios. Las tres lecturas variaron entre un mínimo de 0.47 y un máximo de 0.56.

Después intenté hacer lo mismo con un multímetro digital 289, con el electrodo de puesta a tierra y la sonda. Leí 0.85 ohmios. Cualquiera diría que no estaba tan mal. Bueno, luego invertí los cables y volví a intentarlo. Esta vez leí menos 0.73 ohmios, así es, ohmios negativos. ¡Error!

No, no se pueden promediar. De lo que puede estar seguro es de que hay CC presente que está haciendo que ambas lecturas sean sospechosas y posiblemente no lo sabría si no fuera porque invirtió los cables. Probablemente podría diseñar un procedimiento complicado para acercarse con un multímetro digital, pero no tengo la opción de hacer tres comprobaciones de cables y casi no vale la pena hacer el esfuerzo. Lo que realmente tiene que saber para llevarlo a cabo es lo que está haciendo y cómo funciona el medidor.

Por cierto, el proceso completo, que incluye tender el cable, clavar las picas de puesta a tierra, realizar comprobaciones y después alinear la instalación completa llevó menos de 30 minutos e incluyó las mediciones con el 289.

Entonces me dirigí a mi panel y comprobé las conexiones entre el conductor de puesta a tierra que va al electrodo de puesta a tierra y la barra colectora del neutro del panel. En este caso usé la prueba de dos polos. Leí 0.08 ohmios. Leí un número similar en el caso del 289 y no vi la lectura negativa cuando invertí los cables. Como no compensé la resistencia del cable de la pinza en ninguno de los casos, estoy deduciendo que la mayor parte de la lectura correspondía a los cables de prueba.