88487312 5 Sistemas de Puesta a Tierra 59p

Seguridad en

Riesgo eléctrico

Tema 4: Sistemas de puesta a tierra Pág. 1

1. Introducción

Para tratar los aspectos que tienen que ver con la conexión de los sistemas de

puesta a tierra, se ha tomado como referencia fundamental el RETIE reglamento

técnico de instalaciones eléctricas, en el cual se fijan las condiciones de seguridad

que se deben cumplir en el proyecto, ejecución, mantenimiento y operación de los

sistemas eléctricos.

Tomando el sistema de puesta a tierra como un elemento fundamental para la

protección de las personas, animales, equipos, y bienes materiales como los

apartamentos, edificios, centros comerciales y la industria en general.

En los últimos años a la seguridad se le ha dado la importancia que se merece,

por tal motivo se evalúan los riesgos propios de los sistemas eléctricos y se hacen

cumplir las normas de seguridad para minimizar la probabilidad de accidentes.

El tema de la conexión a tierra ha sido considerado como uno de los más

controversiales en los reglamentos de instalaciones eléctricas.

2. Definición

Puesta a tierra: Es la unión de un grupo de conductores con el suelo, mediante

electrodos enterrados.

2.1. Factores que determinan la resistencia de la puesta a tierra

La resistencia de la puesta a tierra depende de varios factores:

La Resistividad del terreno

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Humedad del terreno

Temperatura del terreno

Sales disueltas en el terreno

Composición y compactación del terreno

La distribución y longitud geometría de los electrodos

Superficie de los electrodos enterrados

Número de electrodos enterrados

Profundidad a la cual han sido enterrados los electrodos

2.2. Funciones de un sistema de puesta a tierra

La función fundamental de un sistema de puesta a tierra es la protección de

las personas, al limitar el voltaje de contacto cuando ocurre una descarga

atmosférica o una falla en el sistema eléctrico. Por tal motivo en el diseño de un

sistema de puesta a tierra se deben tener presentes los efectos fisiológicos de la

corriente eléctrica sobre el cuerpo humano.

En otro capitulo se analizan los efectos fisiológicos de la corriente eléctrica sobre

el cuerpo humano (Tema 2)

Protección de las instalaciones: Los artefactos eléctricos deben dotarse de

una instalación a tierra desde sus partes metálicas y que tengan riesgo de

contacto accidental con las personas, con el fin de ofrecer un camino de muy baja

resistencia a tierra, la corriente buscará este camino, envés de atravesar el cuerpo

humano desde el dispositivo. La corriente al elevarse hace que las protecciones

asociadas a la conexión a tierra operen interrumpiendo el suministro de corriente.

Despejar las fallas rápidamente.

Limitar las sobretensiones de las estructuras metálicas con respecto a

tierra, que se pueden producir en caso de una falla del sistema eléctrico

Controlar tensiones de paso y tensiones de contacto

../Tema%202%20Riesgo%20de%20electrocución/Efectos%20fisiológicos%20de%20la%20coriente%20eléctrica.doc

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Una tierra es la referencia de un sistema eléctrico, cero voltios ya que la tierra

funciona como un conductor de potencial neutro, es decir, sin energía eléctrica.

Conducir a tierra las corrientes de falla

Control de las descargas atmosféricas, Canalizando la energía de los rayos

a tierra protegiendo a las personas, instalaciones y las propiedades

La tierra asegura la actuación de los dispositivos de protección

Evitar la contaminación por ruido eléctrico con señales diferentes a la señal

deseada, esto se logra mediante blindajes conectados a la tierra física.

Control de la electrostática: En sitios donde existen materiales inflamables

es necesario controlar la electrostática estableciendo conexión a tierra, ya que se

puede producir una chispa provocando fácilmente un incendio o una explosión.

La conexión a tierra neutraliza la acumulación de cargas electrostáticas

producidas en los materiales dieléctricos o aislantes, esto se logra conectando a

tierra las estructuras metálicas.

2.3. Características que debe cumplir un sistema de puesta a tierra

El valor de la resistencia debe ser el adecuado para cada tipo de instalación

La resistencia no debe variar con los cambios ambientales (altas

temperaturas, bajas temperaturas, lluvia…)

La vida útil de un sistema de puesta a tierra debe ser mayor de 20 años

Debe ser resistente a la corrosión

Debe ser de costo moderado

La tierra debe estar asociada a dispositivos de protección tales como interruptores automáticos, Interruptores diferenciales, toma corrientes GFCI

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Debe permitir el mantenimiento periódico

Los conductores de puesta a tierra no deben ser interrumpidos por,

seccionadores, fusibles, interruptores.

Cumplir con las normas y las especificaciones exigidas por el RETIE

3. Puesta a tierra

La conexión a tierra brinda una protección fundamental para las personas,

animales y a las instalaciones eléctricas residenciales, comerciales e industriales.

En el año de 1897 se dieron las primeras indicaciones de cómo se debía conectar

a tierra las carcazas de los motores y generadores eléctricos, en el año de 1941

se introdujo formalmente en el National Electrical Code (NEC), en los estados

unidos de América.

Los sistemas eléctricos se conectan sólidamente a tierra en el punto de

distribución de la energía eléctrica (ver figura 1) con el fin de limitar el voltaje a

tierra durante la operación normal y para prevenir voltajes excesivos provocados

por fenómenos transitorios tales como descargas atmosféricas, contactos

accidentales con líneas de voltaje mayor y condiciones de falla en el sistema.

La revisión del sistema de puesta a tierra debe ser al menos anual, en la época en la que el terreno esté más seco, y debe ser realizada por personal

técnicamente calificado. Se deben reparar rápidamente los defectos encontrados

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Figura 1: Conexión a tierra en el poste1

Adicionalmente, todos los neutros de las instalaciones eléctricas se deben

conectar a tierra, además las partes metálicas de los motores, transformadores,

electrodomésticos y aparatos de arranque de los motores.

Deben evitarse las tomas de tierra en terrenos corrosivos, en basureros, residuos

industriales o en sitios donde no se facilite la penetración de agua

En las instalaciones eléctricas internas la conexión a tierra comienza en el tablero

distribución “o en la caja de breakers” llegando hasta la tercera terminal o clavija

de los tomacorrientes.

Los conductores eléctricos de las instalaciones interiores, deben ser aislados; el

circuito de tierra se identifica con el color verde o verde con rayas amarillas,

mientras que las líneas vivas tienen color rojo, negro ó azul, y el neutro tiene color

blanco.

1 Norma técnica de puesta a tierra RA-010 DE Empresas públicas de Medellín

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Figura 2: Esquema de conexión de un tomacorriente con polo a tierra

2

2 Tomado de: Compañía Nacional de fuerza y Luz - CNFL

LINEA NEUTRA

LINEA DE TIERRA

LINEA VIVA

TOMACORRIENTE CON CONEXIÓN A

TIERRA

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Figura 3: Esquema de conexión a tierra

110 V

110 V

220 V

NEUTRO

FUSIBLE

FUSIBLE

TIERRA. POTENCIAL CERO

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Figura 4: Conexión física de una varilla de puesta a tierra

La punta y el alma de la varilla deben ser de acero para facilitar la clavada

con una maza o un martillo

110 V

110 V

220 V

NEUTRO

FUSIBLE

FUSIBLE

TIERRA. FÍSICA

Varilla de 1.8 m. a 2.4 m.

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Figura 5: Esquema de conexión de una instalación residencial3

En el contador de energía se conecta el neutro a tierra antes de entrar a la casa

en la figura se observa la conexión a tierra de las cajas metálicas del contador y la

caja de breakers llamada caja de distribución. Esto se hace para proteger las

personas contra posibles contactos indirectos.

4. La conexión a tierra se debe usar en:

Circuitos de corriente alterna menores de 50 voltios

Circuitos de corriente alterna entre 50 y 1000 voltios.

Circuitos de corriente alterna de alta tensión

Estructuras metálicas en sitios con peligro de explosión

Los electrodomésticos deben tener su conexión a tierra

3 Grupo Schneider

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Pararrayos

Figura 6: Conexión a tierra de electrodomésticos4

5. Los circuitos eléctricos que no se deben aterrizar

Circuitos que operan en hospitales en áreas de cuidados intensivos, tales como

áreas de anestesia

Las normas técnicas establecen que la resistencia de puesta a tierra debe ser

menor que 25 Ohmios a nivel residencial. Para subestaciones de gran potencia la

resistencia de puesta a tierra debe ser inferior a 1 Ohmio y en subestaciones

pequeñas la resistencia debe ser menor o igual a 5 Ohmios.

4 Procobre Curso de tierras

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APLICACIÓN

VALORES MÁXIMOS DE

RESISTENCIA DE

PUESTA A TIERRA

Estructura de líneas de transmisión 20

Subestación de alta y extra alta tensión 1

Subestación de media tensión 10

Protección contra rayos 10

Neutro de acometida en baja tensión 25

Tabla 1: Valores de la resistencia de puesta a tierra

6. Clasificación de los sistemas de puesta a tierra

Tierra de seguridad: se usa para conducir las corrientes de falla a tierra,

controlando las diferencias de potencial que se puedan producir y que pueden

afectar a las personas, los materiales y los equipos. La conexión a tierra tiene una

función especial en sistemas con atmósferas explosivas o que contienen vapores

inflamables ya que en dichos sistemas una concentración de cargas eléctricas

puede producir una chispa eléctrica y por supuesto provocar una explosión.

Tierra para funcionamiento: Estas tierras son necesarias para el

funcionamiento adecuado de los sistemas eléctricos tales como:

En los sistemas de distribución

Neutros de transformadores

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Generadores

En la base de los pararrayos

Aparatos de comunicación con el fin de controlar el ruido eléctrico e

interferencias en los circuitos electrónicos

Sistema de tierras temporales: Es una tierra instalada por personal de

mantenimiento en trabajos de media y alta tensión, después de haber

desenergizando el sistema eléctrico y que garantiza la seguridad de las personas

que están realizando el mantenimiento o que se encuentran en las proximidades

de la zona de trabajo.

7. Ubicación de una puesta a tierra Para ubicar una conexión a tierra, se deben tener en cuanta los planos de

instalaciones subterráneas: instalaciones eléctricas, instalaciones sanitarias,

instalaciones de acueducto e instalaciones de gas, así como la presencia de

combustibles líquidos, combustibles gaseosos, y otras estructuras enterradas para

no interferir con ellas.

Se deben buscar zonas libres destinadas a jardines, patios y pasadizos donde el

sitio sea húmedo, buscando ubicarla lo más cercano posible de los contadores de

energía.

Se debe evitar ubicar la puesta a tierra donde exista transito vehicular.

8. Construcción y partes fundamentales de una conexión a tierra 8.1. Componentes interiores:

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La puesta a tierra con electrodo vertical es la más usada, debido al poco espacio

que ocupa. Se emplea una varilla de cobre, hierro cobrizado, hierro galvanizado,

coper well, la cual se clava en la tierra preferiblemente húmeda y en el extremo

superior se coloca una abrazadera, a la cual se le conecta un conductor que va

conectada al neutro del sistema.

Cuando el terreno es rocoso y árido, se utiliza electrodo horizontal. Se emplea un

Electrodo Simple de Cobre tipo Pletina o un Conductor desnudo extendido en una

zanja.

Los principales componentes de una puesta a tierra (Verticales/Horizontales). Ver

los videos y las fotos. Video 1, video 2, fotos

8.1.1. Registro con Tapa (Opcional)

8.1.2. Electrodo Principal

8.1.3. Grapa Desmontable

8.1.4. Conductor de Conexión

8.1.5. Pozo vertical / Zanja Horizontal

8.1.6. Relleno Conducto

8.1.7. Lechos de Sal

8.1.8. Niveles de Impregnación

Fotos%20tierras/Demostración%20de%20una%20puesta%20a%20tierra.wmv

Fotos%20tierras/MVI%2050.avi

Fotos%20tierras/IMG%2042.jpg

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Figura 7: Componentes de un sistema de puesta a tierra5

8.2. Componentes periféricos: corresponden a todos los elementos instalados a

la línea de tierra que desde el borne el tablero de distribución, mediante un

conductor aislado o desnudo de 10 mm2 de sección

Figura 8: Componentes periféricos de un sistema de puesta a tierra6



1. Acabado exterior 2. Electrodo principal 3. Grapa 4. Conductor de conexión 5. Auxiliar del electrodo 6. Empalme múltiple

soldado 7. Pozo vertical 8. Relleno conductor 9. Lechos de sal 10. Niveles e impregnación

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Electrodos: Los electrodos son cuerpos metálicos en contacto directo con el

terreno, con el fin de dispersar en el suelo las corrientes de falla. Los electrodos

pueden ser de varios tipos:

Electrodo tipo varilla de acero recubierta de cobre

Electrodo tipo placa

Electrodo en malla

Conductores: Deben ser cables trenzados de cobre electrolítico, cuyo calibre

debe estar de acuerdo a las necesidades de la instalación. Los conductores

usados normalmente son cables ya que son más fáciles de manejar que los

conductores rígidos.

Los conductores usados son cables desnudos, la sección mínima y la corriente

que puede transportar a tierra se describen en la tabla 2:

Cable de cobre estañado

Hierro galvanizado

SECCIÓN

[mm2]

MÁXIMA CORRIENTE ADMISIBLE EN AMPERIOS

CONDUCTORES

DE ACERO

CONDUCTORES DE

ALUMINIO

CONDUCTORES DE

COBRE

35 --- 200 250

50 100 250 350

70 175 --- ---

100 200 --- ---

200 300 --- ---

Tabla 2: Conductores y materiales más empleados en sistemas de puesta a tierra

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Conectores: Los conectores se usan para unir los conductores y los

electrodos. Los conectores pueden ser de tornillo, conexión por compresión

(abrazadera), de soldadura exotérmica y soldadura por fusión autógena.

Los conectores típicos son desmontables y de bronce, con sistema de presión por

rosca. Para conectar el electrodo vertical se prefiere borne simple en anillo con

diámetro interior variable desde (0.013 – 0.025) metros.

Figura 9 Electrodo vertical y su conector7

Las conexiones entre los diferentes componentes deben ser mecánicamente

robustas, tener buena resistencia a la corrosión y baja resistencia eléctrica.


Por seguridad se debe considerar los conductores de puesta a tierra como si estuvieran

sometidos a tensión

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Cuando se unen materiales diferentes por ejemplo cobre y aluminio se deben

limpiar las superficies cuidadosamente y protegidas por un inhibidor de óxido. Una

vez hecha la conexión, el exterior debe recubrirse con pintura bituminosa para

proteger el ingreso de humedad. Cuando se une el cobre con el aluminio, el cobre

se debe estañar primero. Estas conexiones no se pueden enterrar.

Soldadura con estaño:

Figura 10: Soldadura de estaño8

Las conexiones exotérmicas se realizan mediante moldes de grafito diseñados

para el tipo de unión y el tamaño de los conductores. Se enciende una mezcla de

polvos de aluminio y oxido de cobre, la reacción produce una unión de cobre

virtualmente puro en torno a los conductores. La reacción de alta temperatura se

produce en el interior del molde de grafito.

Este método se usa en uniones de mallas de puesta a tierra, que no pueden

recibir mantenimiento, ni ser inspeccionadas.


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Proceso de soldadura:

Figura 11: Soldadura exotérmica paso19

Figura 12: Soldadura exotérmica paso 210



Al iniciar la soldadura por medio del encendido del ignitor, este provoca el encendido de la mezcla

de óxido de cobre y aluminio. La mezcla se convierte rápidamente fundición de cobre y aluminio a más de

2000 ºC.

Una vez derretido el material se dirige hacia la cavidad del molde donde se encuentran los elementos a soldar

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11

Procobre Curso de tierras 12

Procobre Curso de tierras

Por efecto de mayor peso específico del cobre líquido, este

tiende a bajar hacia el fondo del molde

La fusión es muy rápida, provocando una unión molecular. El aluminio se oxida a expensas del óxido de cobre, se convierte en óxido de aluminio

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9. Protección de la puesta a tierra contra riesgo de electrocución

En el artículo 15 del RETIE, se trata en detalle el concepto de la puesta a tierra.

“Se debe tener presente que el criterio fundamental para garantizar la seguridad

de los seres humanos, es la máxima energía eléctrica que pueden soportar,

debida a las tensiones de paso, de contacto o transferidas y no el valor de

resistencia de puesta a tierra tomado aisladamente. Sin embargo, un bajo valor de

la resistencia de puesta a tierra es siempre deseable para disminuir la máxima

elevación de potencial (GPR por sus siglas en inglés).

La máxima tensión de contacto aplicada al ser humano que se acepta, está dada

en función del tiempo de despeje de la falla a tierra, de la resistividad del suelo y

de la corriente de falla. Para efectos del presente Reglamento, la tensión máxima

13

Procobre Curso de tierras

Se rellena la totalidad de la cavidad del molde con cobre líquido una parte aportado por la soldadura y parte por los elementos a soldar. Se aumenta la sección transversal del conductor aumentando la capacidad de corriente. La escoria que se forma puede ser

removida con un pincel de cedas

suaves una vez se abre el molde.

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de contacto o de toque no debe superar los valores dados en la Tabla 3, tomados

de la figura 44A de la IEC 60364-4-44.”14

Tabla 3. Valores máximos de tensión de contacto aplicada a un ser humano.

“Los valores de la Tabla 3 se refieren a tensión de contacto aplicada a un ser

humano en caso de falla a tierra, corresponden a valores máximos de

soportabilidad del ser humano a la circulación de corriente y considera la

resistencia promedio neta del cuerpo humano entre mano y pie, es decir, no

considera el efecto de las resistencias externas adicionalmente involucradas entre

la persona y la estructura puesta a tierra o entre la persona y la superficie del

terreno natural.” 15 (Por favor repase los capítulos 4 al 6 estudiados en el

documento “Efectos fisiológicos de la corriente eléctrica, Tema 2)

14

RETIE 15

RETIE

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9.1. Contacto directo: Ocurre cuando una persona toca directamente las partes

activas o energizadas y sufre un choque eléctrico

Las figuras muestran como puede ocurrir un contacto directo o un contacto

indirecto

Figura 16: Contacto directo

9.2. Contacto indirecto: El contacto indirecto sucede cuando la persona toca una

estructura metálica, la cual en condiciones normales debe estar desenergizada,

pero debido a la pérdida del aislamiento del sistema eléctrico, se producen fugas

de corriente hacia la estructura provocando este tipo de falla.

Esto lo hemos visto cuando una señora la electriza la estufa, la solución que ella

toma es la de pararse sobre un tapete o una tabla, este es un caso típico de

contacto indirecto.

Otro caso típico es cuando se toca un motor y se sufre un choque eléctrico

provocado por la perdida de aislamiento en su interior.

Al conectar a tierra el chasis de la estufa, la lavadora, la carcasa del motor, o de

cualquier estructura metálica se controlan las electrizadas provocadas por los

problemas de aislamiento.

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Figura 17: Contacto indirecto

9.3. Tensión de contacto o toque: Es necesario tener en cuenta que, durante el

breve intervalo de tiempo que tardan en actuar los dispositivos automáticos de

protección de la instalación, existirá tensión entre el electrodo de tierra y el terreno

circundante. Se conoce como «tensión de contacto» la diferencia de potencial

existente entre la mano y el pie de un trabajador que tocara en ese momento el

electrodo de tierra (o cualquier conductor unido a él) y estuviera pisando el terreno

a cierta distancia del mismo.

Para determinar este valor se considera que tiene los pies juntos, a un metro de

distancia del electrodo y la resistencia del cuerpo entre la mano y el pie es de

2500 ohmios.

9.4. Tensión de paso: El voltaje existente entre dos puntos del terreno situados a

1 m. de distancia entre sí en dirección al electrodo de tierra se conoce como

«tensión de paso»; es la que afectaría a un trabajador que se encontrara

caminando en las cercanías del electrodo de tierra en el momento de la avería.

Esta diferencia de potencial será tanto mayor cuanto más cerca se encuentre del

electrodo.

La corriente a través del cuerpo humano, mostrado en la figura

se evitaría con la conexión a tierra del chasis de la lavadora

o de cualquier electrodoméstico

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Las citadas tensiones de paso y de contacto serán tanto menores cuanto menor

sea el valor de la resistencia de tierra, de ahí el interés de que la toma de tierra

sea lo mejor posible.

Cuando sea necesario instalar una toma de tierra en la zona de trabajo, es preciso

elegir cuidadosamente el lugar más adecuado para conseguir que el valor de la

resistencia de la toma de tierra sea lo más baja posible. En general, se elegirá el

lugar más húmedo del entorno cercano a la zona de trabajo.

“Para determinar la tensión de contacto, se debe comprobar mediante el empleo

de algún procedimiento de cálculo, tal como el análisis de circuitos siguiendo los

lineamientos de IEC, o el método consignado en la norma IEEE 80, considerando

las restricciones para cada caso.”16

16

RETIE

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Figura 18: Tensiones de contacto, paso y transferencia17

9.5. Tensión de transferencia: Es la máxima tensión que puede aparecer entre

dos sistemas de tierra independientes al circular la máxima corriente de falla a

tierra en uno de ellos, siendo ambos sistemas accesibles simultáneamente,

pudiendo ser puenteados por un individuo. Esta tensión puede provocar un

choque eléctrico.

17

Grupo Schneider

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Figura 19:

10. Factores que determina la resistividad del terreno

La resistividad del terreno se define como la resistencia de un metro cúbico de

tierra.

La corriente tiene alta resistencia con respecto a la tierra y encuentra un camino a través del hombre

1m

1 m

1 m ρ = La resistividad del

terreno esta dada en Ω - metro

LR

S

R = Resistencia en Ohmios = Resistividad del terreno

L = Longitud S = Sección transversal

1 m

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Figura 20: Resistividad del terreno

La tierra en términos generales se considera como un mal conductor, ya que esta

compuesta principalmente de oxido de silicio y oxido de aluminio que son

altamente resistivos. La conductividad es un fenómeno electroquímico,

electrolítico, por tal motivo depende del agua depositada o el nivel de humedad y

de la presencia de sales disueltas el suelo.

En la resistividad del terreno influyen los siguientes factores:

La humedad del terreno

Temperatura

Concentración de sales disueltas

Naturaleza de los suelos

La compactación del terreno

La estratificación del terreno

La humedad del terreno: La resistividad del terreno esta determinada por la

humedad del terreno, los componentes del terreno normalmente no son buenos

conductores, la conductividad del terreno es mejorada notoriamente cuando este

es humedecido, pues la resistividad del terreno la humedad.

El siguiente gráfico muestra la variación de la resistividad en una muestra de

arcilla con porcentaje de humedad contenida. Obsérvese que a medida que

aumenta el porcentaje de humedad de la muestra, disminuye la resistividad

medida en [ m ]

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Figura 21: Variación de la resistividad en función de la humedad relativa

La temperatura: La resistividad de los suelos, también depende de la

temperatura. Temperaturas superiores a 0 ºC tienen poca incidencia en la

resistividad. Sin embargo la resistividad del terreno crece para temperaturas

inferiores a 3 ºC bajo cero como muestra en las la figura 22.

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Figura 22: Variación de la resistividad en función de la temperatura

Concentración de sales: Al presentar más concentración de sales en el

terreno, mejora notablemente su conductividad.

La resistividad del suelo esta determinada por las sales disueltas y la cantidad de

sales disueltas depende a su vez de la humedad del terreno. (Figura 23)

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Figura 23: Variación de la resistividad del terreno en función del porcentaje de sal

Cuando existe demasiada humedad existe la posibilidad de que se lave el terreno

y se arrastre la sal que rodea los electrodos aumentando la resistividad.

No se debe ubicar el electrodo cerca de un río porque son terrenos muy lavados y

por tanto más resistivos que lo normal.

La composición del terreno: El terreno esta compuesto normalmente de

oxido de silicio y de oxido de aluminio

Compactación del terreno: La compactación del terreno disminuye la

distancia entre las partículas, mejorando la conducción a través de la humedad

contenida en este, al retener la humedad por más tiempo, los suelos presentan

una resistividad casi uniforme, independiente de si hay verano o invierno.

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Figura 23: Variación de la resistividad del terreno en función de su compactación

A medida que aumenta el tamaño de las partículas aumenta el valor de la

resistividad, por eso la grava tiene mayor resistividad que la arena, la arena a su

vez tiene mayor resistividad que la arcilla.

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NATURALEZA DEL TERRENO RESISTIVIDAD

( OHMIOS – METRO)

Terrenos cultivables y fértiles, terraplenes compactos y húmedos

50

Terraplenes cultivables poco fértiles 500

Suelos pedregosos, arenas secas permeables 3000

Terrenos pantanosos De algunas unidades - 30

Limos 20 – 100

Turba húmeda 5 – 100

Margas y arcillas compactas 100 – 200

Arena arcillosa 50 – 500

Arena silícea 200 – 3000

Suelo pedregoso cubierto de césped 300 – 500

Suelo pedregoso desnudo 1500 – 3000

Calizas compactas 1000 – 5000

Calizas agrietadas 500 – 1000

Pizarras 50 – 300

Granitos y gres muy alterados 100 – 600

Hormigón 2000 – 3000

Grava 3000 – 5000

Tabla 4: Resistividad de algunos materiales

La tabla siguiente se muestra los valores de resistividad donde se aprecia la

diferencia entre el agua de mar y el hielo. Y se puede concluir que el agua de mar

es un buen conductor de electricidad.

Seguridad en

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TIPO DE SUELO O AGUA DE MAR VALOR TÍPICO DE RESISTIVIDAD

( OHMIO – METRO)

Agua de mar 2

Arcilla 40

Aguas subterráneas 50

Arena 2000

Granito 25000

Hielo 100000

Tabla 5: Resistividad del agua de mar y hielo

El agua de río, de pozos o del mar (con sales disueltas) es buena conductora con

respecto a los buenos terrenos.

Los suelos de grano muy fino son buenos conductores si se comparan con los

suelos de granos medios y mejores que los suelos de grano grueso

11. Medición de la resistividad

Método de Wenner: En el método de Wenner o método de los cuatro terminales

se disponen los electrodos en línea recta uniformemente espaciados como

muestra la figura, y se aplica cuando el terreno es homogéneo. Se inyecta un

voltaje conocido entre los electrodos P1 y P2 y se mide la corriente entre los

electrodos C1 y C2 (Figura 24), posteriormente se aplica la ley de Ohm, o se

emplea un Telurómetro, que es un instrumento que puede medir la resistividad del

terreno directamente.

VR

I

Seguridad en

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Figura 24: Método de Wenner para determinar la resistividad del terreno

Las ecuaciones que se emplean son las siguientes:

Telurómetro es el equipo

necesario para medir la

resistencia de

puesta a tierra

b

Seguridad en

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Donde:

: Resistividad del terreno (Ohmio – metro)

R: Resistencia en (Ohmios)

a: Distancia entre electrodos (metros)

b: Profundidad de penetración de los electrodos (metros)

n: Factor aproximado que tiene un valor entre 1 y 2 (depende e la relación b/a)

La segunda ecuación puede aproximarse a:

Se puede aproximar a las siguientes expresiones:

= 4 aR si b>a

= 2 aR si b< a

Ejemplos de las mediciones y cálculos se dan en la siguiente tabla

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VALORES MEDIDOS

a [metros] a [metros] R [Omhios] Resistividad [ m ]

4 0.2 15 377

8 0.4 1.6 80

12 0.4 0.93 70

16 0.4 0.78 80

Tabla 6: Ejemplote una medición de puesta a tierra

La medida de la resistividad del suelo se hace inyectando corriente a través de

dos electrodos dispuestos en línea recta y midiendo la tensión que aparece entre

los electrodos intermedios.

La relación entre la tensión y la corriente nos da el resultado de la resistencia.

La profundidad del enterramiento de los electrodos, debe ser menor al 5 % de la

separación entre electrodos es decir 1/20 parte de la separación entre electrodos.

Para medir la resistividad del terreno se debe usar un telurómetro digital de 4

terminales, que inyecte una corriente del orden de los mili amperios en forma de

onda cuadrada con una frecuencia mayor o igual a 128 hertz.

Esta frecuencia no debe ser múltiplo de 60 hertz.

12. Medida de la resistencia de puesta a tierra

La resistencia de puesta a tierra esta determinada por resistividad del terreno, a

más baja resistividad del terreno más baja será la resistencia de puesta a tierra.

Para leer la resistencia de puesta a tierra se usa instrumento llamado

TELUROMETRO. Existen telurómetro de análogos y digitales.

El telurómetro inyecta corriente a la malla de tierra, cerrando circuito por medio del

electrodo C y midiendo el voltaje entre la malla y el electrodo de potencial.

Seguridad en

Riesgo eléctrico


Método de la caída de tensión - Procedimiento

Figura 25: Medición de la puesta a tierra

E

Puesta a tierra a medir

P C

Electrodo de potencial

Electrodo de corriente

d

0.618 d 25 m

15 m

Seguridad en

Riesgo eléctrico


Se coloca el electrodo de potencial a 25 metros del punto de puesta a tierra y

el electrodo a 40 metros del punto de puesta a tierra

Se efectúa la medición y se anotara el valor.

Luego se acerca el electrodo de potencial 1 metro al electrodo de prueba, y se

vuelve a medir.

Se repite la operación pero esta vez se alejara 1 metro respecto a la medida

inicial

Si los dos nuevos valores son idénticos al inicial o la diferencia esta entre 0%

y el 3% respectivamente, la medida será la correcta.

Si las variaciones son mayores de las expresadas, se alejaran los electrodos y

se vuelve a medir. Colocaremos el electrodo de potencial a 50 metros del

electrodo de prueba y el electrodo de corriente lo colocamos a 80 metros del

electrodo de prueba, es decir se duplica las distancias iniciales y se aplica el

procedimiento anterior.

13. Características que debe cumplir un equipo de medida de resistividad y

de resistencia de la tierra

14.1. Equipo necesario para la medida de resistencia de puesta a tierra

Telurómetro

Dos piquetas de acero de 30 centímetros de longitud y 14 milímetros de

diámetro

Cables flexibles y aislados que van desde el telurómetro hasta el electrodo de

potencial y el electrodo de corriente de 100 metros y 150 metros de longitud

respectivamente

Grapas de conexión, con pinzas tipo cocodrilo

Seguridad en

Riesgo eléctrico


Maza o martillo para clavar las piquetas

Flexómetro

Herramienta de uso general

Por otro lado el telurómetro debe cumplir las siguientes características:

El equipo debe tener indicación de ruido eléctrico

Verificación de conexiones.

El equipo debe ser compacto

Fácil manejo

Permitir almacenamiento de información

Debe tener interfase para un PC

Debe ser múltiplo 3, 4 terminales

La lectura debe ser confiable

14.2. Herramientas

Pico

Barreta

Pala de mango corto

Pala de mango largo

Baldes de 4 litro y 12 litros respectivamente

Soga de 10 metros cernidor para tierra fina

Manguera de 13 mm x 15 metros de largo

Tablón de madera 25 milímetros de espesor x 30 centímetros de ancho x 2

metros de largo

Seguridad en

Riesgo eléctrico


Figura 26: Equipo de excavación

El personal que efectúe la medición debe ser altamente capacitado, debe conocer

las normas básicas de seguridad y conocer el manejo del telurómetro

14. Tierra de un sistema de distribución

Figura 27: Transformador trifásico en delta en el primario y en estrella en el secundario18

18

Grupo Schneider. SPT significa Sistema de Puesta a Tierra

Seguridad en

Riesgo eléctrico


Como se puede observar aunque en el primario no existe neutro, ni conexión a

tierra, en el secundario se produce el neutro el cual se conectado al chasis y a la

tierra.

En el caso anterior el neutro del sistema y la tierra están conectados entre si.

Figura 28: Conexión de neutro a tierra en un poste

Conductores

Electrodo

Seguridad en

Riesgo eléctrico


Figura 29: Diferentes sistemas de distribución

15. Mejoramiento de una tierra

Las tierras se pueden mejorar de diferentes formas:

Usando varillas de mayor diámetro

Usando varillas mas largas

Tratando químicamente el terreno: Usando químicos tales como:

Bentonita: Arcilla mineral de silicato de aluminio que absorbe hasta 13

veces su peso de agua y aumenta hasta 13 veces su volumen con respecto a

cuando esta seco el terreno, y la primera carga puede durar de 2 a 3 años.

Gel: con base de silicato de aluminio y magnesio, complementados con

sales químicas, este consigue la reducción de la resistencia de puesta a tierra

de los electrodos hasta un valor entre el 25% al 80% el valor original.

Seguridad en

Riesgo eléctrico


Yeso: El sulfato e calcio se usa como material e relleno ya sea solo o

mezclado con bentonita o con el suelo natural el área, tiene baja resistividad

aproximadamente 5 – 10 ohmios.

Hidrosolta: Básicamente la hidrosolta es una mezcla de óxidos de metales

con las siguientes especificaciones técnicas:

o Resistividad: 30 ohmios – cm.

o Permitividad relativa: 100000000

o PH hidrosolta 35% de agua

o No es ácido

Procedimiento:

Se hace un pozo de 80 centímetros de profundidad y 80 centímetros de

diámetro

Se mezcla de la tierra extraída del pozo con el químico

Se rellena el pozo hasta unas tres cuartas partes con la mezcla

Se agregan 40 litros de agua en el pozo

Se agita la mezcla del pozo teniendo sin golpear el electrodo

Se repone el resto de terreno y se compacta

Cuando la resistividad del terreno es menor de 60 ohmios - metro solo se requiere

una varilla de 2.4 metros para una instalación residencial. Para terrenos con

resistividades mayores de 60 ohmios - metro se deben colocar dos varillas en

paralelo, a una distancia adecuada entre las ellas.

Seguridad en

Riesgo eléctrico


Para resistividades superiores a 110 ohmios – metro se deben colocar mallas de

puesta a tierra con mas de dos varillas.

Barras verticales considerando una resistencia de puesta a tierra de 59. 66

NUMERO DE

BARRAS K

RESISTENCIA DE

PUESTA A TIERRA

1 1 59.66

2 1.1523 34.77

3 1.3053 25.95

4 1.4139 21.08

5 1.4982 17.87

6 1.5670 15. 58

7 1.6252 13.85

8 1.6756 12.49

9 1.7201 11.40

10 1.7599 10.49

TRL

L

Seguridad en

Riesgo eléctrico


Analizando la tabla podemos observar que cuando se colocan mas barras en

paralelo a una distancia adecuada disminuye la resistencia de puesta a tierra

aunque esta disminución no es lineal, es decir, si se tiene una resistencia R, al

colocar dos resistencias en paralelo la resistencia resultante no da la mitad de la

resistencia.

D

L L

D > L

Seguridad en

Riesgo eléctrico


Se hace un pozo de 80 centímetros de diámetro y 80 centímetros de profundidad

Después de hacer el pozo se debe escoger el material extraído, eliminando

guijarros y piedras.

Al material seleccionado se le agrega el gel o la sustancia química que se usa

para mejorar la resistencia de puesta a tierra

Posteriormente se debe Colocar la mezcla de la tierra revuelta con el gel o la

bentonita en el pozo, sobre el electrodo recubriendo tres cuartas partes del pozo

A continuación se le deben vaciar unos 40 litros de agua a la mezcla

80 cm

80 cm

Seguridad en

Riesgo eléctrico


A continuación se procede a revolver la mezcla con el agua hasta que se forme

una pasta, teniendo cuidado de no golpear el electrodo.

Por ultimo se repone el resto del suelo retirado, se compacta y se hace la caja de

inspección

Seguridad en

Riesgo eléctrico


No se debe usar arena, polvo de coque, ceniza, materiales ácidos, materiales

corrosivos, para mejorar la resistencia de puesta a tierra.

El material debe ayudar a retener la humedad.

Si el material excavado es apropiado como relleno se debe cernir. El suelo debe

tener un PH entre 6.0 (ácido) y 10.0 alcalino.

La arcilla dura no debe ser material de relleno ya que se puede volver

impermeable al agua cuando se compacte y podría permanecer seca.

16. Protección por fallas de aislamiento: Las corrientes de fuga a tierra en una

instalación son producidas por fallas de la aislamiento de los conductores de la

misma o de las uniones hechas en cajas de conexión a tomas corrientes e

interruptores o en empalmes dentro de ellas o directamente en fallas de aparatos,

dispositivos o maquinas conectados a la misma.

Seguridad en

Riesgo eléctrico


En el RETIE se establecen los requisitos que han de cumplir los equipos,

clasificándolos de acuerdo con su nivel de aislamiento, la tensión de alimentación

y el sistema de protección contra contactos eléctricos. Así, en relación con la

protección que deben ofrecer los receptores contra contactos eléctricos se

establece la siguiente clasificación:

Elementos para la conexión de puesta a tierra

Conexión a tierra temporal

Figura 36: Elementos para instalación de una puesta a tierra19

16.1. Secuencia de operaciones para colocar una puesta a tierra y en

cortocircuito cuando se hace un mantenimiento

16.1.1 En alta tensión:

19

http://www.mtas.es/insht/index.htm


Seguridad en

Riesgo eléctrico


Comprobación visual del buen estado del equipo de puesta a tierra y

cortocircuito.

Comprobar que el verificador de ausencia de tensión es el apropiado.

Comprobación visual del buen estado del equipo de protección individual,

especialmente de los guantes aislantes para alta tensión.

Comprobar el buen funcionamiento del verificador de ausencia de tensión,

prestando especial atención a la tensión o gama de tensiones nominales y al

estado de las baterías.

Conectar la pinza o grapa de puesta a tierra al electrodo de tierra (pica, punto

fijo, estructura metálica, etc.) y, en su caso, desenrollar totalmente el conductor de

puesta a tierra.

Ponerse los guantes aislantes, las gafas inactínicas, la pantalla facial, el casco

de seguridad y, si procede, el arnés o cinturón de seguridad. (Si la pantalla facial

es inactínicas, no serán necesarias las gafas).

Situarse, si es factible, sobre alfombra aislante.

Verificar la ausencia de tensión en cada una de las fases.

Comprobar de nuevo el correcto funcionamiento del verificador de ausencia de

tensión.

Conectar las pinzas del equipo de puesta a tierra y cortocircuito a cada una de

las fases mediante la pértiga aislante.

16.2. Secuencia típica de operaciones para retirar una puesta a tierra

En alta tensión:

Comprobación visual del buen estado del equipo de protección individual,

especialmente los guantes aislantes para alta tensión, y ponérselos.

Situarse, si es posible, sobre la alfombra aislante.

Seguridad en

Riesgo eléctrico


Desconectar mediante la pértiga aislante las pinzas del equipo de cada una de

las fases y, después, desconectar la pinza o grapa del electrodo de tierra (pica,

punto fijo o estructura metálica del apoyo).

En baja tensión:

Comprobar el buen estado del equipo de protección individual, especialmente

de los guantes aislantes para baja tensión, y ponérselos.

Situarse sobre la banqueta, tarima o alfombra aislante, cuando proceda.

Desconectar las pinzas del equipo de cada una de las fases (o los cartuchos

insertados en el porta fusibles) y del neutro.

Desconectar la pinza de puesta a tierra del conductor de protección o de la

toma de tierra del cuadro de baja tensión.

El equipo de protección individual requerido para la retirada de la puesta a tierra

en baja tensión es el mismo citado anteriormente para su colocación.

Estas disposiciones se aplican tanto a las instalaciones de baja como de alta

tensión. Con respecto a su aplicación, hay que tener en cuenta que:

La desconexión, así como la prevención de cualquier posible reconexión, se

cumplen si se satisfacen los requisitos indicados, es decir, cuando los dispositivos

de desconexión a ambos lados del fusible estén a la vista del trabajador, el corte

sea visible o el dispositivo de desconexión proporcione garantías equivalentes.

En el caso de tener que acceder a un fusible después de la desconexión de los

dispositivos situados a ambos lados del mismo, debería comprobarse la ausencia

de tensión mediante el equipo correspondiente.

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Riesgo eléctrico


En el caso de la reposición de fusibles conectados directamente al primario de un

transformador, el procedimiento para llevar a cabo la única puesta a tierra y en

cortocircuito requerida es el mismo que ya se ha indicado para la supresión de la

tensión en cualquier instalación:

DESCONECTAR. En este caso, la desconexión se debe efectuar en la instalación

de alta tensión y, si la instalación lo permite, en el lado de baja tensión (para evitar

posibles retornos a través del secundario). En tal caso, la desconexión debe

empezar por la baja tensión.

Verificar la ausencia de tensión.

Poner a tierra y en cortocircuito el tramo de la instalación de alta tensión

comprendido entre los fusibles y el transformador, mediante el procedimiento

general ya descrito. Esta puesta a tierra y en cortocircuito también tiene por objeto

proteger de eventuales retornos a través de la instalación conectada al secundario

del transformador.

Figura 37: Colocación de la puesta a tierra y cortocircuito para reposición de fusibles20

20



Seguridad en

Riesgo eléctrico


EN INSTALACIONES QUE FORMEN PARTE DE UN LAZO ES NECESARIO

DESCONECTAR EN LOS DISTINTOS LADOS.

Figura 38: Aislamiento de la zona de trabajo21

No se consideran como fuentes de alimentación, susceptibles de la maniobra de

desconexión propiamente dicha, las fuentes de tensión que puedan actuar de

manera fortuita sobre la instalación considerada; por ejemplo: tensiones inducidas,

21



Seguridad en

Riesgo eléctrico


Figura 39: Puntos en los que deben colocarse las puestas a tierra y en cortocircuito 22

No debe olvidarse que todos los elementos metálicos o conductores propios de la

instalación existentes dentro de la zona de trabajo deben estar conectados

también a tierra y unidos eléctricamente entre sí. Esta conexión equipotencial

evitará la aparición de diferencias de potencial peligrosas entre ellos en caso de

una puesta en tensión imprevista de la instalación.

Con el fin de incrementar las garantías de seguridad se establece que al menos

una de las puestas a tierra y en cortocircuito, situadas en los extremos de la zona

de trabajo, sea visible desde cualquier punto de la misma; es decir, el trabajador

que se mueva dentro de la zona de trabajo debe tener siempre a la vista al menos

una de las puestas a tierra. (Ver. Esto garantiza también una eliminación eficaz de

posibles tensiones inducidas cuando se trabaja en tramos muy largos de una

línea, por ejemplo, durante los trabajos de tendido de una nueva línea.

22



Seguridad en

Riesgo eléctrico


Figura 40: Puntos en los que deben colocarse las puestas a tierra y en cortocircuito 23

El equipo de puesta a tierra debe estar dimensionado para soportar la corriente de

cortocircuito, en caso de falla, durante el tiempo que tarden en actuar los

dispositivos automáticos de protección.

La toma de tierra debe tener una resistencia baja para garantizar que no se

produzcan tensiones de paso o de contacto peligrosas durante el tiempo que

tarden en actuar los correspondientes dispositivos de protección.

23



Seguridad en

Riesgo eléctrico


Figura 41: Disposición de las puestas a tierra cuando el trabajo se realice en un solo conductor 24

17. Glosario.

Contacto directo: es aquél que se establece entre un individuo y un elemento

que habitualmente está tensionado. Líneas, barras, seccionadores, etc. Cabe aquí

aclarar que si la persona está aislada de otros potenciales, por ejemplo de tierra,

el hecho de estar a potencial no implica un accidente; para que esto ocurra, tendrá

que tener aplicada una diferencia de potencial.

Contacto indirecto: es aquél que se establece entre un individuo y un elemento

que no está habitualmente tensionado (carcaza de un motor, cuba de un

transformador, palanca de mando de un seccionador, línea desenergizada y

puesta a tierra, heladera, lavarropa, etc.). También constituye un contacto

24



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Riesgo eléctrico


indirecto, la diferencia de tensión que puede aparecer entre dos puntos del

terreno, denominada tensión de paso, y que definiré más abajo.

Electrodos de puesta a tierra: es el elemento de la instalación dedicado a alguna

de las siguientes funciones, o a todas simultáneamente:

Tierra de servicio: destinada a dar un potencial de referencia a las partes

activas. Se conectan a esta los neutros de generadores y transformadores,

neutros artificiales, etc.

Tierra de protección: destinada a conectar a tierra las partes metálicas no

activas de la instalación. Carcazas, bastidores, gabinetes, cubas, etc.

Tierra de pararrayos: destinada a dispersar las corrientes originadas por

sobretensiones de origen atmosférico o internas. A esta se conectan los

descargadores de sobretensión, los pararrayos e hilos de guardia.

Curvas equipotencial: al dispersar un electrodo una corriente en el terreno,

lo hará encontrando una resistencia a su paso, cada vez menor a medida que nos

alejamos del electrodo, ya que va aumentando la superficie que tiene que

atravesar la corriente al ir abarcando volúmenes de terreno cada vez mayores. Así

irá cayendo gradualmente la tensión en el terreno, donde uniendo los puntos de

igual tensión se forman curvas equipotenciales.

Gradiente de tensión: Si tomamos un corte del terreno que pase por el

electrodo en cuestión, y representamos verticalmente en cada punto el valor de

tensión que le corresponde, formaremos una curva de la distribución de potencial

en el terreno. Se denomina gradiente de tensión a la recta de máxima pendiente

en dicha curva. También se denomina con ese nombre a la diferencia de potencial

que aparece en el terreno, al dar el primer paso de salida de una malla de puesta

a tierra.

Seguridad en

Riesgo eléctrico


Tensión de paso: es la máxima tensión que puede aparecer entre los pies de

una persona, separados un metro, al circular la máxima corriente de falla a tierra

desde un electrodo.

18. Bibliografía

Compañía Nacional de Fuerza y Luz – CNFL www.cnfl.go.cr/800-

energia/descargas/REQUISITOS.pdf (Consultada el 12 de noviembre de 2005)

Grupo Schneider – “La seguridad eléctrica en las instalaciones industriales”

Presentación, por Ing. Héctor Eduardo Graffe.

Reglamento técnico de instalaciones eléctricas – RETIE

Medición de la resistividad del terreno – Norma técnica IEEE 80

Gráficos y documentos sobre seguridad. http://siri.uvm.edu/graphics/

(Consultada el 26 de enero de 2006)

Curso de seguridad - http://endrino.cnice.mecd.es/~jhem0027 (consultada el

26 de enero de 2006)

http://www.cnfl.go.cr/800-energia/descargas/REQUISITOS.pdf

http://www.cnfl.go.cr/800-energia/descargas/REQUISITOS.pdf

IEEE80_b.pdf

http://siri.uvm.edu/graphics/

http://endrino.cnice.mecd.es/~jhem0027

Seguridad en

Riesgo eléctrico


Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo, España. Guía técnica

para la evaluación y prevención del riesgo eléctrico.



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