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ElectricidadMediciones Eléctricas II · 96 h · Eje 3 de 4

Puesta a tierra, aislación y ensayo de generadores

Una instalación puede estar bien armada y ser peligrosa de todos modos: una tierra deficiente o una aislación que se fue degradando no se ven ni se huelen, se miden. Este tema reúne las tres mediciones que cierran una puesta en servicio y que sostienen el mantenimiento: la resistencia de la puesta a tierra, la resistencia de aislación y los ensayos de un generador.

Telurímetro Regla del 62 % Megóhmetro Índice de polarización Grupo electrógeno

01Qué se mide en una puesta a tierra

Una puesta a tierra une las masas metálicas de la instalación con el terreno por medio de un conductor de protección y un electrodo: una jabalina (pica) clavada, una malla, una placa o un cable enterrado. Lo que se mide no es la resistencia del metal, que es despreciable, sino la del suelo que rodea al electrodo: desde allí la corriente de falla se dispersa en todas direcciones, y como la sección por la que circula crece rápidamente al alejarse, casi toda la resistencia está en los primeros metros alrededor del electrodo.

Para una jabalina vertical de longitud L y radio a clavada en un suelo homogéneo de resistividad ρ, la resistencia se estima con la fórmula de Dwight:

R=ρ2πL·(ln4La−1) Depende sobre todo de la resistividad del suelo y del largo de la jabalina; el diámetro influye poco porque está dentro del logaritmo.
Ejemplo · Cuánto vale una jabalina y cómo bajarlo

Jabalina de 2 m y 16 mm de diámetro (a = 0,008 m) en un suelo de 100 Ω·m. El factor ρ / (2πL) = 100 / 12,57 = 7,958 Ω. El logaritmo es ln(4 · 2 / 0,008) = ln 1000 = 6,908, y menos 1 queda 5,908. Entonces R ≈ 7,958 · 5,908 = 47,0 Ω.

Si se duplica el largo (4 m), R baja a 26,3 Ω. Si en cambio se duplica el diámetro (32 mm), baja sólo a 41,5 Ω. Para mejorar una tierra conviene alargar o multiplicar los electrodos, no engrosarlos. Varias jabalinas en paralelo ayudan sólo si están separadas entre sí, como mínimo, por el largo de una de ellas: más cerca, sus zonas de dispersión se superponen y el beneficio se pierde.

La resistividad del terreno

La resistividad ρ (en Ω·m) cambia con el tipo de suelo, con la humedad, con la temperatura y con las sales disueltas: un mismo electrodo puede medir el doble en una sequía que después de la lluvia. Por eso el valor se anota junto con las condiciones del día. Se mide aparte, antes de proyectar la tierra, con el método de Wenner: cuatro picas alineadas e igualmente separadas una distancia a; el instrumento inyecta corriente por las dos de los extremos y mide la tensión entre las dos centrales.

ρ=2π·a·R Con las picas clavadas a una profundidad pequeña frente a a. El resultado es la resistividad promedio hasta una profundidad del orden de a; repitiendo con distintas separaciones se explora el terreno en profundidad.
Tipo de terrenoResistividad (orden de magnitud)
Arcilla húmeda, terreno pantanosodecenas de Ω·m
Tierra de cultivo, arcilla secadecenas a unos pocos cientos de Ω·m
Arena y grava secascientos a miles de Ω·m
Roca, terreno calcáreomiles de Ω·m
Para qué sirve que la tierra sea buena

En un esquema TT, ante una falla a masa la corriente vuelve por el terreno. La masa queda a una tensión RA · Ifalla respecto de tierra, y esa tensión no debe superar la tensión de contacto límite. Como la protección es el diferencial, la condición es:

RA·IΔn≤UL

Con UL = 24 V (el valor que, según se explica en Protección eléctrica, adopta la AEA 90364) y un diferencial de 30 mA, la resistencia máxima es 24 / 0,03 = 800 Ω; con uno de 300 mA, 80 Ω. Ese es el piso matemático, no la meta: el valor exigible en cada caso lo fija la reglamentación vigente, y una tierra de unos pocos ohm sigue siendo la mejor garantía de que el sistema funcione si el diferencial falla.

02El telurímetro y el método de caída de potencial

La resistencia de una puesta a tierra no puede medirse con un óhmetro común: no existe un “otro extremo” al que conectar la segunda punta. El telurímetro resuelve el problema con dos picas auxiliares clavadas en el terreno. Entre el electrodo a medir E y la pica de corriente C inyecta una corriente I; con la pica de potencial P, ubicada entre ambos, mide la tensión V que esa corriente produce entre E y P. La resistencia se calcula como R = V / I.

Dos detalles del instrumento importan en la práctica. La corriente es alterna, no continua, porque con corriente continua el electrolito del suelo se polariza y la lectura deriva; y su frecuencia se elige distinta de los 50 Hz de la red y de sus armónicos, de modo que el filtro del instrumento rechace las corrientes vagabundas que siempre circulan por el terreno. Los telurímetros de cuatro bornes separan el borne de corriente del de potencial en E, y así anulan la resistencia de los cables de prueba, que pesa cuando la tierra mide pocos ohm.

TelurímetroEPCECE electrodo a medir · P pica de potencial · C pica de corriente20 Ω40 Ω0 %25 %50 %75 %100 %distancia de P desde E, en % de la distancia E–C (D = 40 m)verdadero: 20 ΩP demasiado cerca de EP cae dentro de la zona de influencia del electrodo: el potencial todavíaestá subiendo y la lectura da de menos.P16,4 ΩP al 62 % de la distancia E–CLas zonas de influencia de E y de C se compensan: la curva es casi planay la lectura es el valor verdadero de la puesta a tierra.P20,0 ΩP demasiado cerca de CP entra en la zona de influencia de la pica de corriente: el potencialvuelve a subir y la lectura da de más.P25,9 Ω
Figura 1. Medición por caída de potencial, animada. La lectura depende de dónde se clave la pica P: demasiado cerca de E o de C la curva todavía sube y el resultado es erróneo; al 62 % de la distancia E–C hay una zona casi plana y la lectura coincide con el valor verdadero. La curva corresponde a un suelo homogéneo y electrodos semiesféricos, modelo ideal con el que se deduce la regla.

La regla del 62 %

Alrededor de E y de C hay una “zona de influencia” donde el potencial del terreno cambia rápidamente. Si P cae dentro de una de ellas, la lectura queda desplazada. Con un suelo homogéneo, los efectos de E y de C se compensan exactamente cuando P está a (√5 − 1) / 2 ≈ 0,618 de la distancia entre E y C medida desde E: en ese punto la curva tiene su tramo plano y R medida = RE. De ahí la regla práctica:

dP≈0,62·dEC Se mide desde el electrodo E, sobre la recta que va hacia C. La regla vale si C está lo bastante lejos; si no, la zona plana desaparece.
La regla no se aplica a ciegas: se comprueba

Los terrenos reales no son homogéneos. Por eso se miden tres posiciones de P: al 62 % y 10 puntos porcentuales a cada lado (52 % y 72 %). Si las tres lecturas coinciden en pocos por ciento, la medición está en la zona plana y es válida; se informa el promedio. Si difieren mucho, la pica de corriente quedó demasiado cerca: hay que alejarla y repetir. Como orientación, C va a no menos de 5 a 10 veces la mayor dimensión del electrodo: para una jabalina de 2 m, unos 20 m a 30 m de distancia son habituales. P, C y E deben estar alineados y alejados de otras masas enterradas (cañerías, otros electrodos), que desvían la corriente.

Ejemplo · Tres lecturas sobre una jabalina

Se clava C a 30 m de la jabalina. P va a 0,62 · 30 = 18,6 m; las posiciones de control, a 0,52 · 30 = 15,6 m y 0,72 · 30 = 21,6 m. El telurímetro indica 41,2 Ω – 42,0 Ω – 43,1 Ω.

La mayor diferencia es 43,1 − 41,2 = 1,9 Ω, el 4,5 % del promedio. El promedio es (41,2 + 42,0 + 43,1) / 3 = 42,1 Ω: medición válida. Frente al piso de 800 Ω del ejemplo anterior con un diferencial de 30 mA, cumple de sobra; frente a 80 Ω con uno de 300 mA, también. Se anota 42,1 Ω junto con la fecha, el estado del suelo (seco, húmedo) y las distancias usadas.

Otras formas de verificar una tierra

Cuando no se puede clavar picas —en una ciudad, sobre cemento— existen la pinza de tierra (mide el lazo formado por el electrodo y el resto de las tierras en paralelo, sólo es válida si hay otras tierras que cierren el circuito) y la medición de la impedancia del lazo de falla con el instrumento de verificación de instalaciones. Ambas complementan al telurímetro pero no lo reemplazan en una tierra nueva. En el ámbito laboral argentino, el resultado se vuelca en el protocolo que establece la Res. SRT 900/2015 (medición de puesta a tierra y continuidad de las masas).

Medir una tierra también tiene riesgos

Si ocurre una falla mientras se trabaja, el electrodo y su conductor pueden quedar a tensión y los cables de prueba la llevan a las picas auxiliares. No se mide con tormenta eléctrica ni con instalación en falla conocida, no se tocan las picas durante la lectura y se usa calzado y guantes aislantes cuando el procedimiento lo requiere. Para medir el electrodo solo hay que abrir el puente de medición (borne seccionable): mientras está abierto, las masas de la instalación no tienen protección, así que se hace con la instalación sin tensión o con autorización y aviso a quien la use.

03Resistencia de aislación y megóhmetro

Ningún aislante es perfecto: aplicada una tensión, una pequeña corriente siempre lo atraviesa. La resistencia de aislación es el cociente entre esa tensión y esa corriente de fuga, y se expresa en megaohm (MΩ) o gigaohm (GΩ). Con el tiempo, el calor, la humedad, la suciedad y las vibraciones la degradan, y una aislación mala termina en una falla a masa, un cortocircuito o una descarga a una persona. Medirla antes de que eso ocurra es mantenimiento predictivo en estado puro: mirá Mantenimiento de componentes eléctricos.

El megóhmetro genera una tensión continua alta (250, 500, 1000, 2500 o 5000 V según el modelo), la aplica entre el conductor y tierra, y mide la corriente con una escala que llega a gigaohm. Tiene normalmente tres bornes: L (línea), que va al conductor o bobinado; E (tierra), que va a la masa o a la carcasa; y G (guarda), que desvía la corriente de fuga superficial —por la suciedad del aislador— para que no se sume a la medida del volumen. Se usa corriente continua porque en alterna circularía además la corriente capacitiva del cable o del bobinado, que no informa nada sobre el estado del aislante.

Qué tensión de ensayo usar

La tensión de ensayo se elige según la tensión nominal del circuito: tiene que ser suficiente para exigir al aislante sin dañarlo. Los valores de referencia de la norma IEC 60364-6, de la que parte la parte 6 de la AEA 90364 (verificación de las instalaciones), son:

CircuitoTensión de ensayo (CC)Resistencia mínima de referencia
Muy baja tensión de seguridad (SELV, PELV)250 V0,5 MΩ
Hasta 500 V500 V1 MΩ
Más de 500 V1000 V1 MΩ

Son valores de referencia, no una receta: el mínimo exigible en cada instalación lo fija la reglamentación vigente, y un aislamiento nuevo mide mucho más. Para máquinas rotativas se usa además el criterio de la norma IEEE 43, que fija un mínimo en función de la tensión nominal Un del bobinado:

Rmín=Un(kV)+1MΩ Medida a 1 minuto y llevada a 40 °C. A mayor temperatura la aislación mide menos: la resistencia se reduce a la mitad por cada 10 °C de aumento.

El índice de polarización

La corriente que entrega el megóhmetro no es constante: al aplicar la tensión circula primero la corriente de carga capacitiva (se extingue en segundos), luego la de absorción (el aislante se polariza, decae en varios minutos) y, siempre, la de fuga por conducción, que no cambia. En una aislación buena, la corriente total cae con el tiempo y la resistencia leída sube; en una húmeda o sucia la fuga domina y la lectura casi no cambia. El índice de polarización (IP) mide esa diferencia, y no depende de la temperatura ni del tamaño de la máquina:

IP=R10minR1min
10 MΩ100 MΩ1 GΩ10 GΩ012345678910tiempo desde que se aplica la tensión (min)MegóhmetroTensión de ensayo: 500 VAislación seca y limpiaLa corriente de absorción decae y la resistencia medida sigue subiendocon el tiempo: el índice de polarización es alto.R (1 min)500 MΩR (10 min)1 600 MΩIP = R(10 min) / R(1 min)IP = 3,2BuenaAislación envejecida o con algo de humedadLa resistencia sube poco: hay una corriente de fuga que no se apaga.Conviene secar, repetir el ensayo y vigilar la tendencia.R (1 min)70 MΩR (10 min)119 MΩIP = R(10 min) / R(1 min)IP = 1,7DudosaAislación húmeda o contaminadaLa corriente de fuga domina y la lectura casi no cambia con el tiempo.No poner en servicio: limpiar, secar y volver a ensayar.R (1 min)40 MΩR (10 min)44 MΩIP = R(10 min) / R(1 min)IP = 1,1No apta
Figura 2. Lectura del megóhmetro durante diez minutos, animada, con tres aislaciones distintas. La aislación sana sigue subiendo; la que tiene fugas se queda plana. El escalón entre la lectura a 1 minuto y la de 10 minutos es el índice de polarización. Las curvas son ilustrativas.
IPEstado de la aislación (orientativo)
menos de 1Peligrosa: no energizar.
1 a 2Dudosa: secar, limpiar, repetir y seguir la tendencia.
2 a 4Buena.
más de 4Excelente.

La norma IEEE 43 pide un IP de al menos 2,0 para las clases térmicas B, F y H. Si la resistencia a 1 minuto ya supera unos 5000 MΩ, el IP deja de ser significativo y no se exige: la aislación es tan buena que casi no hay absorción para medir.

Ejemplo · Un motor de 380 V a 28 °C

Se mide con 500 V entre un bobinado y la carcasa: 85 MΩ a 1 minuto y 190 MΩ a 10 minutos, con el motor a 28 °C. El IP es 190 / 85 = 2,24: cumple el 2,0 mínimo.

Llevada a 40 °C: 12 °C de diferencia son 1,2 veces el paso de 10 °C, de modo que R40 = 85 · 0,51,2 = 85 · 0,435 = 37,0 MΩ. El mínimo para un motor de 0,38 kV es 0,38 + 1 = 1,38 MΩ. Está 27 veces por encima: se aprueba, y se anota el valor para compararlo con el próximo ensayo.

El megóhmetro aplica cientos de volts

Antes de conectarlo: instalación desenergizada, bloqueada y con ausencia de tensión verificada. Se desconectan o puentean los equipos electrónicos, variadores, protectores de sobretensión y capacitores, que se dañarían con la tensión de ensayo o falsearían la medida. Durante la lectura no se toca el conductor ni los terminales. Al terminar, el cable o bobinado queda cargado como un capacitor: se descarga a tierra, durante al menos tanto tiempo como duró el ensayo, antes de tocarlo o de desconectar los terminales. En un cable largo la carga puede ser peligrosa.

04Grupos electrógenos y ensayo de generadores

Un grupo electrógeno es un conjunto de motor de combustión interna (casi siempre diésel), alternador sincrónico, regulador de velocidad, regulador de tensión (AVR), tablero de control y, en las instalaciones con respaldo, un tablero de transferencia que lo conecta a la carga cuando falta la red. El motor impone la frecuencia, y el AVR gobierna la corriente de excitación del alternador para mantener la tensión. La frecuencia depende sólo de la velocidad y del número de pares de polos p:

f=p·n60 Con p = 2 (cuatro polos), 1500 rpm dan 50 Hz: es la máquina típica de los grupos.
Qué se controlaCon quéQué se verifica
Tensión y frecuenciaVoltímetro y frecuencímetro de verdadero valor eficazEn vacío y en cada escalón de carga: estabilidad, y cuánto cae la frecuencia al tomar carga.
Corriente y potenciaPinza amperométrica o analizador de redCorriente por fase, kW, kVA y cos φ; equilibrio entre fases.
Secuencia de fasesSecuencímetroQue coincida con la de la red antes de cerrar la transferencia.
Aislación y bobinadosMegóhmetro y óhmetro de baja resistenciaAislación e IP del estator y del rotor; resistencia de cada bobinado en corriente continua.
Parámetros del motorInstrumentos del tableroPresión de aceite, temperatura del refrigerante, horas de marcha, nivel de combustible.
Tiempos de transferenciaCronómetro o registradorTiempo hasta arrancar, hasta estabilizarse y hasta tomar la carga.

Los ensayos del alternador

El método de ensayo de los alternadores está normalizado (IEC 60034-4 describe cómo obtener sus parámetros a partir de mediciones). Los ensayos básicos son cuatro:

  • Resistencia de los bobinados en corriente continua, con el alternador frío. Se anota la temperatura, porque la resistencia del cobre crece con ella. De aquí sale la resistencia Ra del inducido.
  • Aislación con megóhmetro, entre cada fase y masa y entre fases, y el IP (sección 03).
  • Ensayo en vacío: se hace girar al alternador a velocidad nominal con los bornes abiertos y se sube la corriente de excitación Iexc por escalones, anotando la tensión E0 en cada uno. Resulta la característica de vacío: primero sube en línea recta (la recta del entrehierro) y después se satura porque el hierro no admite más flujo.
  • Ensayo en cortocircuito: a la misma velocidad, con los tres bornes cortocircuitados a través de pinzas amperométricas, se sube la excitación desde cero hasta que la corriente de cortocircuito Icc llegue al valor nominal, a lo sumo un poco más. La característica es una recta, porque con la armadura en corto el hierro trabaja sin saturar.
100200200400300600400800E0 (V por fase)Icc (A)012345corriente de excitación Iexc (A)Ensayo en vacíoEl alternador gira a velocidad nominal sin carga y se sube la excitación:la tensión crece y después se satura.1500 rpm · 50 HzSin carga: I = 0Tensión nominalde fase: 231 Vse alcanza conIexc ≈ 3,9 AEnsayo en cortocircuitoCon los bornes cortocircuitados y a la misma velocidad, la corrientecrece en línea recta con la excitación.1500 rpm · 50 HzBornes en cortoIexc = 1,5 AIcc = 115 A(igual a la corrientenominal)Impedancia sincrónicaCon la misma excitación se toma la tensión de vacío sobre la recta delentrehierro y la corriente de cortocircuito, y se dividen.recta del entrehierroCon Iexc = 1,5 A:E0 = 110 VIcc = 115 AZs = E0 / IccZs = 0,957 Ω
Figura 3. Ensayos en vacío y en cortocircuito de un alternador de 80 kVA y 400 V, animada. La tensión de vacío (azul, eje izquierdo) se satura; la corriente de cortocircuito (ámbar, eje derecho) es una recta. Con la misma excitación, el cociente entre ambas es la impedancia sincrónica. Las curvas son ilustrativas.

Con los dos ensayos se obtiene la impedancia sincrónica por fase, que resume la reacción del inducido y la reactancia de dispersión. Se toma, con la misma excitación, la tensión por fase de la recta del entrehierro y la corriente de cortocircuito. Como Ra es mucho menor, la reactancia es casi la misma:

Zs=E0IccXs=Zs2−Ra2 Con E0 por fase. Es el valor no saturado: vale para corrientes y tensiones bajas, por eso el método tiende a dar una regulación mayor que la real.

El ensayo en carga

Para ver cómo se comporta de verdad se carga el grupo por escalones (por ejemplo 25, 50, 75 y 100 % de su potencia) con un banco de carga: resistencias, y también inductancias si se quiere el cos φ de 0,8 que pide la placa. En cada escalón, después de que se estabilice, se anotan tensión, frecuencia, corriente, potencia, temperaturas y consumo de combustible. La regulación de tensión compara la tensión en vacío con la de plena carga:

ΔU%=E0−UnUn·100
Ejemplo · Impedancia y regulación de un alternador de 80 kVA

Alternador trifásico de 400 V, 80 kVA, 50 Hz y cos φ = 0,8. La tensión de fase es 400 / √3 = 230,9 V y la corriente nominal 80 000 / (√3 · 400) = 115 A. La resistencia de un bobinado, medida en continua, es Ra = 0,05 Ω.

En cortocircuito se necesitan 1,5 A de excitación para circular 115 A; con esa excitación, la recta del entrehierro indica E0 = 110 V por fase. Entonces Zs = 110 / 115 = 0,957 Ω y Xs = √(0,957² − 0,05²) = 0,955 Ω.

A plena carga, con cos φ = 0,8 inductivo, la corriente atrasa 36,9° respecto de la tensión: I = 115 · (0,8 − j 0,6) = 92 − j 69 A. La tensión interna es E0 = U + (Ra + j Xs) · I = 230,9 + 4,6 + 65,9 + j (−3,5 + 87,9) = 301,5 + j 84,4 V, de módulo 313 V. La regulación es (313 − 230,9) / 230,9 ≈ 36 %. Es un valor pesimista (por usar la impedancia no saturada) y en un grupo real el AVR lo corrige subiendo la excitación, pero muestra por qué sin regulador la tensión cae mucho al cargar.

Grupos electrógenos: tres peligros que no se ven

Retroalimentación: un grupo conectado a una instalación que sigue unida a la red de la distribuidora puede energizar los cables de la calle y matar a un operario que cree que están sin tensión. La conexión pasa siempre por una transferencia con enclavamiento mecánico, nunca por un enchufe o un puente. Monóxido de carbono: el escape no se prueba en recintos cerrados. Ensayo de cortocircuito: se hace con las protecciones previstas, por pocos segundos, y se cuida no superar la corriente que admite el bobinado. Además: partes giratorias, superficies calientes, combustible y ruido.

05Controladores lógicos, sensores y actuadores en las mediciones

En un banco de ensayo o en un grupo electrógeno, mucho de lo que se mide lo mide un controlador lógico programable (PLC). No reemplaza al instrumento de laboratorio, pero hace lo que un instrumento no hace: lee de manera continua, compara contra límites, decide y actúa. Las funciones básicas son cuatro: leer entradas (digitales y analógicas), ejecutar un programa cíclico (lee, resuelve, escribe, y vuelve a empezar), temporizar y contar (horas de marcha, número de arranques) y comandar salidas. Cómo se estructura el equipo se explica en Estructura de un autómata programable y cómo se programa en Programación de PLC y Automatismos con PLC.

Lo que alimenta al PLC son sensores y lo que ejecuta sus órdenes son actuadores; Sensores, actuadores y transductores los desarrolla con detalle. Aplicados a las mediciones de este tema:

MagnitudSensorSeñal que llega al PLC
CorrienteTransformador de corriente con transductor4–20 mA proporcional a la corriente
Temperatura del bobinadoPt100 (100 Ω a 0 °C; 138,5 Ω a 100 °C)Resistencia, vía módulo de entrada para RTD
VelocidadSensor inductivo sobre un diente o encoderPulsos: el PLC los cuenta y calcula rpm
Presión de aceiteTransmisor de presión4–20 mA
Estado de la redRelé de control de tensión y de secuenciaContacto: sí / no

Los actuadores típicos son contactores que conectan el banco de carga escalón por escalón, electroválvulas que cortan el combustible, relés de alarma y arranque, y variadores o servomotores cuando hace falta mover algo con exactitud.

Ejemplo · Pasar 4–20 mA a bar

Un transmisor de presión de aceite mide de 0 a 10 bar y entrega 4 mA con 0 bar y 20 mA con 10 bar: un rango de 16 mA. El PLC lee 12 mA. Presión = (12 − 4) / 16 · 10 = 5 bar. Si la lectura baja de 4 mA (por ejemplo, 1 mA), la causa más probable no es “presión negativa”: es un cable cortado, y el programa debe tratarlo como falla del sensor, no como presión nula.

Introducción a los servosistemas

Un servosistema es un sistema realimentado cuyo objetivo es que una magnitud —la posición o la velocidad de un eje— siga a una consigna. Un sensor (encoder, resolver o tacómetro) mide el valor real y se resta de la consigna; esa diferencia es el error, y el controlador, generalmente un PID (ver Control PID), la transforma en una orden para el accionador (un servoamplificador y un servomotor). En lazo abierto se manda la orden y se supone que se cumple; en lazo cerrado se verifica y se corrige, y por eso el servo mantiene la posición aunque cambie la carga. En las mediciones, un servosistema posiciona una sonda, un banco de pruebas o el freno que carga al motor bajo ensayo.

06En el laboratorio

Práctica 1 · Medir la resistencia de una puesta a tierra

Materiales: telurímetro, dos picas auxiliares, dos carretes de cable con 30 m como mínimo, cinta métrica, guantes aislantes, planilla. Pasos: con el docente, abrir el puente de medición del electrodo; clavar C a 30 m; clavar P a 18,6 m, alineada; medir. Repetir con P a 15,6 m y a 21,6 m. Anotar fecha, estado del suelo y distancias. Qué se mide: tres lecturas. Criterio de aceptación: las tres coinciden en menos de 10 % entre sí (si no, alejar C y repetir) y el promedio cumple la condición RA · IΔn ≤ UL con el diferencial de la instalación, además de la reglamentación vigente.

Práctica 2 · Ensayo de aislación y de polarización de un motor

Materiales: megóhmetro de 500 V, motor trifásico de 380 V con la caja de bornes abierta, termómetro, cronómetro, planilla. Pasos: desenergizar y verificar ausencia de tensión, abrir los puentes del bornero, conectar L al bobinado y E a la carcasa, aplicar la tensión y leer a los 15 s, 30 s, 1 min y 10 min; descargar. Repetir fase por fase. Qué se mide: R1 min, R10 min y la temperatura. Criterio de aceptación: R1 min llevada a 40 °C mayor que 0,38 + 1 MΩ y IP ≥ 2,0 (o R1 min superior a 5000 MΩ). Graficar R contra el tiempo y comparar con la Figura 2.

Práctica 3 · Características de vacío y de cortocircuito

Materiales: grupo motor–alternador de laboratorio con excitación regulable, tacómetro, voltímetro, tres pinzas amperométricas, banco de carga. Pasos: medir Ra en continua con el equipo frío. En vacío y a velocidad nominal, subir la excitación en 6 escalones y anotar E0. Bajar a cero, cortocircuitar los bornes con las protecciones previstas y subir la excitación hasta la corriente nominal, en 3 puntos. Qué se mide: E0(Iexc), Icc(Iexc), Ra. Criterio de aceptación: la curva de cortocircuito es recta (la desviación de los puntos no supera el error del instrumento) y la Zs calculada con dos excitaciones distintas coincide en menos de 5 %. Si no hay alternador disponible, el docente entrega una tabla de datos y se grafica y calcula con ella.

Práctica 4 · Escalar una señal analógica en el PLC

Materiales: PLC con entrada analógica de 4–20 mA, calibrador de lazo o fuente regulable, lámpara testigo. Pasos: programar la conversión a unidades de un transmisor de 0 a 10 bar, un comparador con alarma sobre 8 bar y otra bajo 2 bar, y una condición de “falla de sensor” bajo 3,6 mA. Inyectar 4, 8, 12, 16 y 20 mA y 1 mA. Qué se mide: el valor calculado en cada punto. Criterio de aceptación: los cinco valores concuerdan con la fórmula con un error menor al 1 % del fondo de escala, y a 1 mA se activa la falla de sensor y no la alarma de presión baja.

07Errores frecuentes

ErrorConsecuencia
Clavar la pica de potencial a ojo o sobre otra masa enterradaLa lectura cae fuera de la zona plana o se desvía por la cañería. Se acepta una tierra mala, o se rechaza una buena.
Dejar la pica de corriente demasiado cercaLas zonas de influencia se solapan, no hay tramo plano y las tres lecturas difieren entre sí. Hay que alejarla y repetir.
Medir la tierra una sola vez y en cualquier épocaEl valor cambia con la humedad. Sin el estado del suelo anotado, no se puede comparar con la medición siguiente.
Medir con el electrodo conectado a la instalación y sin sacar el puenteLas tierras en paralelo y el neutro modifican el resultado. Se mide el conjunto, no el electrodo.
Usar el megóhmetro sin desconectar electrónica ni capacitoresSe dañan los equipos o la lectura es falsa.
Leer la aislación apenas se aplica la tensiónSe mide la corriente de carga capacitiva: da un valor bajo que no informa del estado. Hay que esperar al menos 1 minuto.
Comparar lecturas tomadas a distinta temperaturaLa resistencia se reduce a la mitad cada 10 °C: una aislación sana parece mala en caliente.
Olvidar descargar el cable o el bobinado después del ensayoQueda cargado y descarga sobre quien lo toca.
Cerrar un grupo electrógeno a la instalación sin transferenciaRetroalimentación a la red: riesgo de muerte para el personal de la distribuidora.
Calcular la regulación con Zs como si fuera exactaEs un valor no saturado: da una regulación mayor que la real. Se verifica en el ensayo en carga.

08Autoevaluación

¿Por qué la resistencia de una jabalina está concentrada cerca del electrodo y qué conviene hacer para bajarla?

Porque la corriente se dispersa en todas direcciones y la sección por la que circula crece al alejarse: casi toda la resistencia está en los primeros metros. Conviene alargar la jabalina o poner varias bien separadas; engrosarla casi no ayuda (en el ejemplo, de 47 Ω a 41,5 Ω, contra 26,3 Ω al duplicar el largo).

¿Dónde se clava la pica de potencial y por qué ahí?

Sobre la recta E–C, a alrededor del 62 % de la distancia E–C medida desde E. Allí los efectos de E y de C se compensan y la curva R–distancia es plana, de modo que la lectura es el valor verdadero. Se comprueba midiendo también al 52 % y al 72 %.

Tres lecturas dan 55 Ω, 56 Ω y 70 Ω. ¿Qué se concluye?

La tercera se aparta mucho de las otras dos: P ya no estaba en el tramo plano o C está demasiado cerca. La medición no es válida: se aleja C y se repite. No se promedia.

¿Por qué el megóhmetro usa tensión continua y por qué se lee a 1 y a 10 minutos?

Con continua, una vez cargada la capacitancia sólo queda la corriente de fuga, que es la que informa del estado del aislante. La lectura sube con el tiempo porque las corrientes de carga y de absorción decaen; el cociente entre la lectura a 10 min y la de 1 min es el índice de polarización, que no depende de la temperatura.

Un motor de 0,38 kV mide 40 MΩ a 1 minuto y 44 MΩ a 10 minutos. ¿Cómo se lo califica?

IP = 44 / 40 = 1,1: dudoso. El valor absoluto supera el mínimo de 1,38 MΩ, pero el IP bajo indica humedad o suciedad. Hay que limpiar, secar y repetir antes de ponerlo en servicio, y se sigue la tendencia.

¿Qué se obtiene de los ensayos en vacío y en cortocircuito y por qué la regulación calculada es pesimista?

Se obtiene la impedancia sincrónica: Zs = E0 / Icc con la misma excitación, y con ella la tensión interna a plena carga. Es pesimista porque se usa el valor no saturado, de la recta del entrehierro; en carga real el hierro se satura y la impedancia efectiva es menor.

Un PLC lee 16 mA en un transmisor de 0–10 bar. ¿Cuántos bar son y cuánto si lee 2 mA?

16 mA: (16 − 4) / 16 · 10 = 7,5 bar. Con 2 mA, por debajo de 4 mA, el valor no tiene sentido físico: es una falla del sensor o del cable (cable cortado) y el programa debe indicarla.

Desarrollo del eje «Mediciones especiales» de Mediciones Eléctricas II (5° año), según la «Propuesta Curricular – Segundo Ciclo de la Modalidad Técnico Profesional, Educación Secundaria – Electricidad: Técnico Electricista», Ministerio de Educación de la Provincia de Córdoba, DGETyFP. Volver al Mapa de Temas de Electricidad · catto.ar