Por 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, repasaré las técnicas de prueba que se usaban en 1963 en una empresa aeroespacial y las compararé con los instrumentos y métodos actuales.
Mi ejemplo es el proceso para comprobar las conexiones eléctricas que requiere el Código Eléctrico Nacional (NEC) para los sistemas de conexión a tierra. Por supuesto que el uso de prácticas de construcción estándar y la observación son útiles, pero ¿cómo se sabe si las conexiones eléctricas que ha realizado servirán para el propósito el para el 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 verificar que las conexiones de conexión 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 los niveles bajos tanto de CC como de tensiones de 60 Hz se podían observar por todas partes, 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 un conjunto de equipos de comprobación casi ilimitado, tuve todos los recursos que mi mente inventiva podía haber pensado necesitar. Esto es lo que se me ocurrió.
Decidí medir la impedancia de CA entre los pasadores de la conexión a tierra, el receptáculo a tierra y cerca de las vigas de acero verticales del edificio. La tarea requería que montase un equipo de comprobación del tamaño de un carrito de carga que incluyera:
- Un generador de función para producir ondas sinusoidales de tensión de baja frecuencia. Para mis comprobaciones seleccioné una frecuencia de 83 Hz. Habrá más detalles más adelante.
- 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.
- Un voltímetro de banda estrecha para leer solo las caídas de tensión que se producen por la combinación del generador o amplificador de función en el circuito entre la viga y la clavija del receptáculo.
- Una resistencia de derivación de baja reactancia para utilizar con el voltímetro sintonizado para determinar la corriente que fluye en el circuito entre la viga y la clavija de la conexión a tierra del receptáculo.
- Una regla deslizable para calcular la impedancia de CA medida mediante la ley de Ohm.
Hay, por supuesto, varios cables y puntas de prueba 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 a toda la electrónica que funciona a partir de la línea. El coste completo de la instalación fue de 4.000 dólares, en dólares de 1963. Y finalmente se requirió 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 con técnicas similares? La respuesta es sí, pero eso requeriría un voltímetro de desmodulación sincronizada para decodificar los segundos datos armónicos 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 impares? No quería que hubiese errores que se debieran a posibles interacciones entre los armónicos de 60 Hz que sabía que estaban presentes y los armónicos de la frecuencia de comprobación que se usó. Y al comparar los datos que se obtuvieron en 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 conexión a tierra del receptáculo par completar el bucle 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 de la resistencia de derivación colocada 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.
Hoy en día es muy diferente. Piense, por ejemplo, en el comprobador de conexión a tierra Fluke 1625 Geo. Por poco más de 3.200 dólares, este instrumento hace todo lo que yo hacía en 1963 y más. En realidad mide la resistencia de CC con un método similar al que decidí no utilizar en mis comprobaciones. El 1625 también proporciona varios métodos para evaluar los sistemas de conexión a tierra. De hecho, ese es el foco principal de su diseño.
Lo que realmente me gusta de este instrumento 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 conexión a tierra de 3 polos en mi entrada de servicio con el 1621. Realicé tres lecturas y saqué su promedio, 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 conexión 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 puede sacar su promedio. 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 invirtiera 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, conducir las estacas de conexión 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 conexión a tierra que va al electrodo de conexión a tierra y el bus del neutro del panel. En este caso usé la comprobación de los dos polos. Leí 0,08 ohmios. Se leyó 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 las puntas de prueba.