p189

Captulo VIII. Puestas a tierra

La puesta a tierra es una de las medidas de seguridad incluidas en la categora B. Suele estaracompaada de otras medidas (rels diferenciales, etc), que garanticen un alto nivel de seguridad enlas instalaciones.

La puesta a tierra se basa en la propiedad de que las cargas elctricas (electrones), siempre in-tentarn alcanzar valores energticos mnimos, para estar en equilibrio. La tierra es el punto de po-tencial cero, masa o energa mnima, que mejor se adapta a los requisitos de las instalacioneselctricas, siendo utilizada como tensin de referencia o tensin neutra. No obstante, el valor de estepotencial no es constante en todos los terrenos, vindose influenciada por corrientes telricas u otrasanomalas del substrato. Tampoco la resistividad del terreno es igual y uniforme para los distintosterrenos, dependiendo de los materiales que lo forman, ni tan siquiera para un mismo tipo de terreno,los valores de la resistividad se mantendrn constantes a lo largo del ao, variando desde valoresmnimos en pocas lluviosas y hmedas, a valores mximos durante los periodos secos.

Los materiales a conectar a una puesta a tierra, sern partes metlicas normalmente sin tensin. Laconexin a tierra de partes no metlicas y por tanto no conductoras no surgira mayor efecto por lafalta de continuidad. La conexin de partes metlicas normalmente en tensin, resultara del todonegativa ya que las corrientes fluiran hacia tierra directamente (fuga a tierras), sin producir el trabajoal que estn encomendadas.

Los principales motivos por los que se realiza una correcta puesta a tierra, unida a un dispositivo decorte por intensidad de defecto pueden sintetizarse en:

Limitar las tensiones de las partes metlicas de los equipos o mquinas a valores no peli-grosos para las personas.

Asegurar, en caso de avera del material utilizado, la actuacin correcta de las protecciones,de forma qu la parte de la red averiada quede separada de las fuentes de alimentacin,eliminando los riesgos propios de la avera.

Impedir la acumulacin de cargas electrostticas o inducidas en los equipos, mquinas, oelementos metlicos, que se hallen en zonas con riesgo de explosin.

Constituye un sistema de proteccin contra incendios, al limitar en tiempo y valor las corrientesde fuga.

Actuando, la puesta a tierra, como nico elemento protector, en los siguientes casos:

Contra las descargas atmosfricas o electroestticas. En redes con neutro aislado, como elemento de unin de las diferentes masas. Como unin equipotencial.

La normativa sobre puestas a tierra est regida por:

Reglamento Electrotcnico para Baja Tensin.

Artculo 23.

Hoja interpretativa n 4.

Instrucciones Complementarias, 017, 023 y 039.

Normas Tecnolgicas de la Edificacin (NTE o NBE).

Instrucciones sobre Puesta a Tierra. NTE-IEP/1973.

Instrucciones sobre Pararrayos, NTE-IPP/1973.

Instrucciones sobre Antenas. NTE-IAA.

p190

TECNOLOGA ELCTRICA

Recomendaciones UNESA.

Para alta tensin o baja tensin que lo requieran: 6501C, 6502A y 6503A.

La definicin, que el reglamento elctrico de baja tensin (REBT) realiza sobre puesta a tierra, es: ladenominacin puesta a tierra comprende toda la ligazn metlica directa, sin fusible ni proteccinalguna, de seccin suficiente, entre determinados elementos o partes de una instalacin y un elec-trodo, o grupo de electrodos, enterrados en el suelo, con objetivo de conseguir que en el conjunto deinstalaciones, edificios y superficie prxima del terreno no existan diferencias de potencial peligrosasy que, al mismo tiempo, permita el paso a tierra de las corrientes de falta o de las descargas deorigen atmosfrico.

Este sistema de proteccin se basa en impedir que se produzcan tensiones o diferencias de po-tencial superiores a los 24V, mediante la colocacin de conductores paralelos a los conductores defase, capaces de enviar a tierra cualquier corriente de fuga, de derivacin, o las debidas a descargasatmosfricas.

Todo sistema de puesta a tierra consta de los siguientes elementos mostrados en la figura:

Figura n 1. Puesta a tierra con conduccin enterrada (conductor o electrodo en anillo).

p191

Captulo VIII. Puestas a tierra

Estos elementos los podemos agrupar de la siguiente forma:

Terreno o tierra. Encargado de disipar todas las energas que a l accedan.

Toma de tierra. Parte enterrada en el terreno, formada por:

El terreno o tierra.

Electrodos.

Lnea de enlace con tierra.

Instalacin de puesta a tierra. Parte exterior al terreno, formada por:

Lnea principal de tierra.

Derivaciones de la lnea principal de tierra.

Conductores de proteccin.

El terreno es el encargado de disipar las corrientes de defecto y las cargas de tipo atmosfrico que al accedan. La eleccin de un terreno, o de una orientacin geogrfica determinada, es de sumaimportancia para que las puestas a tierra resulten eficaces y correctas.

No todos los terrenos son iguales (existe gran variedad de ellos), ni an tratndose de un mismo tipode terreno se puede hablar de composicin homognea. Tambin la profundidad o las condicionesclimticas de la zona influyen altamente en la composicin de los mismos y por tanto en sus pro-piedades elctricas. Por todas estas razones, se hace imprescindible la medida directa de la resis-tividad elctrica del terreno, siendo los valores que las tablas o grficos dan sobre esta magnitud,puramente orientativos y aproximados.

La resistividad de un terreno es, por tanto, el primer dato que hay que conocer para la realizacin deuna puesta a tierra, tanto si se trata de un edificio destinado a viviendas como si la instalacinpertenece a una industria.

El terreno se clasifica en funcin de su resistividad elctrica [ m]. Esta resistividad, representa laresistencia que ofrece un cubo de tierra de un metro de arista, al que se le aplica una diferencia depotencial y por tanto es recorrido por una corriente elctrica, cuyo cociente nos proporcionar laresistencia del mismo. En la realidad se realizan ensayos en el propio terreno, existiendo diferentescomponentes que nos permiten su determinacin, como se expondr al final del captulo.

Figura n 2. Cubo de terreno de 1m de arista para la medida de la resistividad del terreno.

p192

TECNOLOGA ELCTRICA

La siguiente tabla proporciona la resistividad de los diferentes tipos de terreno en funcin de sus ca-ractersticas.

Tabla n 1. Resistividades aproximadas de los diferentes tipos de terreno (MIBT-039).Ya se ha indicado que los terrenos son de muy diversa composicin, y que an un mismo terrenopresenta particularidades muy diferentes segn los condicionantes climticos a los que esteexpuesto, pero se puede resumir el comportamiento de los mismos de forma que:

Figura n 3. Variacin de la resistividad del terreno para distintas profundidades y capas.

Al aumentar la humedad disminuye la resistividad.

Terrenos con altos ndices de salinidad presentan valores de resistividad menores.

Normalmente la profundidad es inversamente proporcional a la resistividad.

p193

Captulo VIII. Puestas a tierra

La temperatura ejerce un papel muy importante. Con temperaturas inferiores a 0C (formacinde hielo), la resistividad de un mismo terreno aumenta de forma muy considerable.

Suelos oscuros y profundos (turbas, Humus, limos, etc), suelen presentar los valores msbajos de resistividad.

Estatigrafa del terreno. Factores de naturaleza elctrica.

Podemos extraer de las pautas de comportamiento del terreno, unas conclusiones para la correctarealizacin de una puesta a tierra:

Al buscar la posible orientacin de la toma de tierra, con preferencia se utilizarn lasorientaciones norte, ya que conservarn la humedad de forma ms constante a lo largo detodas las estaciones del ao.

Se evitarn terrenos pedregosos, zonas de residuos, basureros, etc. Para la disipacin de la energa es necesario disponer de suficiente masa de terreno, por

tanto, no se realizar la puesta a tierra en zonas donde la proximidad de muros o edificios,cursos de agua, zonas valladas, cercas metlicas, etc, impidieran la correcta disipacin de laenerga o pudieran transmitirla a otras zonas de forma peligrosa.

En zonas con riesgos de heladas, se profundizar lo suficiente, para que en la poca msdesfavorable, el electrodo quede libre de hielos.

Cuando la longitud del electrodo sea tal que atraviese diferentes capas de materiales (dife-rentes resistividades), el valor medido de resistividad ser el valor promedio.

!"#

Se denomina toma de tierra al elemento de unin entre el terreno (zona enterrada), y el circuitoinstalado fuera del mismo. Esta constituida por:

Electrodos.

Lnea de enlace con tierra:

Punto de puesta a tierra.

Electrodos

Es una masa metlica en permanente contacto con el terreno. Su misin es facilitar el paso de lascorrientes de defecto o cargas elctricas al terreno que actuar como descargador. Existen diferen-tes tipos de electrodos, siendo los mas utilizados los conductores de proteccin, mallas, picas, pla-cas, pilares, armaduras, etc.

Con la puesta a tierra se pretende que el electrodo este a potencial 0V. Tambin es conocido comoresistencia de paso a tierra, ya que se considera que no varia el potencial, siendo su valor inaltera-ble.

Todos los electrodos introducidos en terrenos con mayor o menor grado de humedad, estn so-metidos a efectos de corrosin, lo cual puede responder a diferentes causas, entre las quedestacamos:

Ataque de los agentes qumicos del terreno. Corrientes galvnicas. Corrientes telricas. Corrosin del metal por la humedad del terreno.

p194

TECNOLOGA ELCTRICA

Las corrientes galvnicas se producen por la interaccin de las partes metlicas enterradas en elterreno (armaduras, conducciones metlicas, pilares, etc).Las corrientes telricas se originan por la propia composicin del terreno unido al campo magnticoterrestre.

Estos fenmenos pueden llegar a destruir por corrosin las piezas metlicas introducidas en elterreno, por lo que es conveniente conocer qu electrolitos dominan en el terreno, as como su in-teraccin sobre los diversos materiales utilizados para la fabricacin de los electrodos, lo quefacilitar una ms correcta eleccin de los mismos.

Los materiales ms empleados para la fabricacin de los electrodos son el cobre y el acerogalvanizado. El cobre resiste bien la corrosin, a excepcin de suelos alcalinos o medios amo-niacales, siendo tambin atacado por cenizas o escorias. El hierro o acero galvanizado, por elcontrario, suele estar mas expuesto al ataque de terrenos situados a mayor profundidad (humedad,sales, etc).Los electrodos pueden dividirse en dos grupos: electrodos naturales y electrodos artificiales, de-pendiendo de s su cometido es comn a otros usos, o exclusivo de la puesta a tierra, respec-tivamente.

Electrodos naturales.

Se denomina electrodos de origen natural, a aquellas partes metlicas que por alguna causa, ajenaa la puesta a tierra, ya estn en contacto con el terreno. Dentro de este grupo se encuentran pilares,estructuras, conducciones metlicas, etc.

Mallas.

Este tipo de electrodo consiste en unir todos los pilares metlicos o de hormign armado que forman laestructura del edificio, comportndose como electrodos potencialmente disipadores de energa. Launin de los mismos se realiza por un conductor de cobre recocido y desnudo con una seccin mnimade 35mm2, de cuerda circular con un mximo de 7 alambres y una resistencia de R= 0.514/km segnla MIBT039. Este conductor unir los distintos pilares metlicos a lo largo de todo el ancho de una caray en los de hormign armado, a dos de las varillas del mismo. Al conductor de unin se le denominalnea de enlace con tierra.

Figura n 4. Seccin de una planta de un edificio con su correspondiente puesta a tierra.

p195

Captulo VIII. Puestas a tierra

La unin se realizar siempre con soldadura aluminotrmica, o unin de tipo mecnico, que asegurela buena conductividad de la misma, su perdurabilidad con el paso del tiempo, y la resistencia alpaso de grandes corrientes (alto punto de fusin).Para proceder a la instalacin, se realizar una zanja de 80cm de profundidad, o como mnimo de40cm, si el terreno es muy buen conductor a esa profundidad; seguidamente se introducir el con-ductor desnudo (por lo que realizar funciones de electrodo, adems de lnea de enlace con tierra), yse rellenar la zanja con buenos materiales conductores (humus, turba, limus), a estos materiales esposible aadir sales y grasas para aumentar su conductividad.

Una vez realizada toda la conexin de la malla, en la correspondiente arqueta de conexin, se unir elconductor de enlace con tierra a un extremo del punto de puesta a tierra, mientras que el otro extremo delpunto de puesta a tierra se unir a la lnea principal de tierra, que ya saldr del interior del terreno.

Electrodos artificiales

Se denomina electrodos de origen artificial, a aquellas partes metlicas, que se introducirn en elterreno a efectos exclusivamente de realizar una puesta a tierra, no teniendo ninguna otra funcin.Dentro de este grupo se encuentran picas, placas, conductores enterrados etc.

Picas.

Son electrodos alargados, en forma de lanza, para facilitar su introduccin vertical en el terreno. Laspicas ms comunes estn fabricadas con acero recubierto de cobre, siendo sus dimensiones de 2mde longitud con unos dimetros que van desde 14mm en cobre, hasta valores de 25mm, en las deacero galvanizado. Las partes constitutivas de una pica son las mostradas en la figura:

Figura n 5. Partes de que consta una pica convencional.

Las picas suelen fabricarse con el alma de acero y un recubrimiento de cobre de unos 2mm. Launin de estos materiales se realiza por medio de un sistema de unin molecular entre el cobre y elacero, lo que impide que se raye la pica al ser introducida en el terreno.

Las picas pueden colocarse en el terreno de dos formas distintas:

En profundidad: se interconectan las picas, una encima de otra, mediante el correspon-diente empalme o manguito de acoplamiento, llegndose de esta forma a profundidadesconsiderables. Los pasos a seguir para su correcta instalacin son:

p196

TECNOLOGA ELCTRICA

Realizar un pozo de inspeccin. Se prepara la primera pica con su sufridera y punta de penetracin. Se golpea la pica, por la sufridera, mientras esta se introduce en el terreno. Se prepara la segunda pica, quitando la sufridera y sustituyndola por el manguito deacoplamiento. Se comprueba la resistencia de tierra en cada nuevo tramo. Cuando la resistencia es la pedida, se interconectan las picas con la lnea de enlace contierra.

Este mtodo es utilizado en zonas con escasez de terreno, pero en todo caso se debeasegurar un mnimo de terreno que permita la correcta disipacin de la energa. Se debentener presente, asimismo, las diferentes capas de subsuelo, ya que con resistividadesdiferentes, tambin disiparan la energa de forma diferente.

En paralelo: esta es la disposicin ms utilizada, pero que requiere una mayor superficiede terreno disponible. Las picas se colocan de una en una, siempre separadas por unadistancia como mnimo del valor de su longitud (normalmente 2m), aunque esrecomendable, para una mejor disipacin de la energa, que esta distancia se incrementeal doble, es decir 4m.

Con este mtodo es posible medir la resistividad de la primera pica, conocido el valor, sepuede determinar el nmero de picas que ser necesario instalar, ya que la resistencia condos picas ser la mitad, un tercio con tres, etc.

Figura n 6. Puesta a tierra con electrodo de pica.

Para cada pica (tanto s estn colocadas en profundidad, o en disposicin paralelo), se construiruna arqueta de unin. Esta arqueta tendr las paredes y tapas, fabricados de hormign armado muros aparejados con unas dimensiones adecuadas, y contendr en su interior la parte superior dela pica (a unos 30cm de profundidad), a ella acceder un tubo de fibrocemento (a 50cm deprofundidad), que contendr en su interior la lnea de enlace con tierra (del mismo tipo de conductorque el requerido para las mallas) que impedir, que las posibles corrientes de falta, no creen camposmagnticos gradientes de potencial peligrosos para las personas cercanas a la instalacin.

p197

Captulo VIII. Puestas a tierra

Figura n 7. Colocacin de picas en disposicin paralelo.

La unin de la pica con la lnea de enlace se realizara por medio soldadura aluminotrmica, conuna unin mecnica que garantice la inalterabilidad con el paso del tiempo. En este caso la lnea deenlace con tierra no puede ser considerada como parte del electrodo, ya que al no estar en contactodirecto con el terreno, no puede disipar energa, realizando solamente su funcin de enlace entre elelectrodo (pica) y los puntos de puesta a tierra.La frmula que nos permite obtener la resistencia de paso a tierra es:

LR =

Donde: = Resistividad aparente del terreno.L = Longitud total de pica enterrada en m.

Placas.

Son electrodos de forma rectangular con una superficie mnima de 0.5m2 (0.5m por 1m), el espesores de 2mm si son de cobre, bien de 2.5mm, si son de acero galvanizado.

Las placas presentan una gran superficie de contacto con el terreno, en relacin con su espesor,siendo muy grande la cantidad de energa que pueden disipar.

Su colocacin es siempre en disposicin paralelo, realizndose para ello los siguientes pasos:

Realizar un hoyo que permita colocar la placa de forma vertical, quedando la arista superior auna profundidad como mnimo de 50cm de la superficie.

Se coloca la placa rellenndose el pozo con buena tierra conductora (igual que en lacolocacin de las mallas), se puede aadir sales y grasas que aumenten su conductividad,regndose el terreno.

Se construye la arqueta de inspeccin (de las mismas caractersticas que las determinadaspara la colocacin de las picas).

A la arqueta de inspeccin acceder, un tubo de fibrocemento o gres, para evitar losgradientes de potencial peligrosos.

Se realizar la unin de la placa con la lnea de enlace con tierra (de las mismascaractersticas que las determinadas para las mallas o picas), por medio de unin mecnica osoldadura aluminotrmica inalterable con el paso del tiempo.

La lnea de enlace con tierra, al estar aislada de la tierra, no puede ser considerada comoparte del electrodo (como ocurra con las mallas), realizando solamente la funcin de unin.

p198

TECNOLOGA ELCTRICA

Figura n 8. Electrodo de placa enterrada con su arqueta de conexin.

La frmula que nos permite obtener la resistencia de paso a tierra es:

PR = 8.0

Donde: = Resistividad aparente del terreno.P = Permetro de la placa en m.

Conductores enterrados.

Este tipo de electrodos, est formado por cables pletinas desnudas, enterradas horizontalmentedebajo de las cimentaciones de los edificios.

Figura n 9. Puesta a tierra mediante conductores enterrados.

p199

Captulo VIII. Puestas a tierra

Los materiales ms empleados para este tipo de electrodos son:

Cable de cobre recocido de 35mm2 de seccin mnima.

Pletinas de cobre de igual seccin que el conductor de cobre, o bien si son de acero gal-vanizado esta seccin aumenta a 95m2 como mnimo.

Aleaciones de otros materiales. La seccin estar en concordancia con los mnimos esta-blecidos en los apartados anteriores.

La colocacin de estos conductores o pletinas, se realiza mediante zanjas abiertas en las cimen-taciones del propio edificio. La profundidad, segn las Normas Tecnolgicas, ser como mnimo de80cm, estando ubicados los cables a una distancia entre ellos no menor a 5m.

Como en los restantes electrodos se rellenar la zanja con materiales con baja resistividad (tierrasoscuras, grasas, sales, etc), unindose a otros electrodos, en caso necesario, siempre mediante lautilizacin de soldadura aluminotrmica.

En este caso electrodo y lnea de enlace con tierra, al igual que pasaba con las mallas, tambin seconfunden, realizando el conductor las dos funciones.

La frmula que nos permite obtener la resistencia de paso a tierras es:

LR = 2

Donde: = Resistividad aparente del terreno.L = Longitud en m del cable enterrado.

Otros electrodos.

Los electrodos ms utilizados para una correcta puesta a tierra, son los descritos en los apartadosprecedentes, pero otros materiales metlicos pueden llegado el caso, ser utilizados tambin comoelectrodos. As cimentaciones, conducciones de agua (con muchas limitaciones y siempre con per-miso expreso de la compaa suministradora y de acuerdo con el REBT), vigas metlicas etc,pueden pasar a formar parte de la toma de tierra.

Lnea de Enlace con Tierra

La forman los conductores que unen los electrodos, o anillo, con el punto de puesta a tierra. Elconductor ser de cobre recocido de 35mm2 de seccin como mnimo, o de seccin equivalente si seutiliza otro material.

La instruccin MIBT-017 nos indica las caractersticas especficas que deben cumplir estosconductores, que ya han estado predefinidos en el apartado de electrodos anterior.

La lnea de enlace con tierra siempre transcurrir por el interior del terreno, nunca de formasuperficial, y solo formara parte del electrodo, cuando no discurra por el interior de tubo aislante(gres, fibrocemento, etc) alguno.

Punto de Puesta a Tierra

Esta es la ltima parte de la Toma de Tierra, y segn el REBT se define como: Es un punto situadofuera del terreno que sirve de unin entre la lnea de enlace con tierra y la lnea principal de tierra.Por tanto es el punto que une la Toma de Tierra (parte enterrada y de la que forma parte), con laInstalacin Exterior de Tierra, como se pude apreciar en la Figura

El punto de puesta a tierra estar constituido por un dispositivo de conexin (regleta, placa, borne,etc.) que permita la unin entre los dos conductores que a l acometen: la lnea de enlace con tierra

p200

TECNOLOGA ELCTRICA

y la Lnea Principal de Tierra; de forma que pueda, mediante tiles apropiados, separase de estaltima con el fin de poder realizar la medida de la resistencia a tierra, o bien simplemente, llevar acabo un peridico servicio de mantenimiento.

Figura n 10. Detalle de un punto de puesta a tierra.

Asimismo la instruccin MIBT-023 del REBT indica que, Las instalaciones que lo precisen dis-pondrn de un nmero suficiente de puntos de puesta a tierra convenientemente distribuidos, queestarn conectados al mismo electrodo o conjunto de electrodos.La localizacin de los puntos de puesta a tierra, en un edificio de caractersticas normales, deberealizarse en:

Instalacin de las antenas.

Instalacin del pararrayos.

Los patios de luces destinados a cocinas y cuartos de aseo.

El local a o lugar de la centralizacin de los contadores.

La base de las estructuras metlicas de los ascensores y montacargas

El punto de ubicacin de la caja general de proteccin

Cuadro de contadores.

Cualquier local donde se prevea la instalacin de elementos destinados a servicios generaleso especiales y que por su clase de aislamiento o condicin de instalacin, deban ponerse atierra.

La Norma Tecnolgica NTE-IEP Puesta a Tierra, nos indica las caractersticas que deben reunir lasarquetas del punto de puesta a tierra.

Como se aprecia en la figura, el punto de puesta a tierra estar formado por paredes de hormign ode muro aparejado de un espesor considerable (hasta 12cm). La tapa ser del mismo material conuna resistencia como mnimo de 175kg/cm2. A l acometer un tubo de fibrocemento de 60mm dedimetro.

La pletina de cobre recubierto de cadmio, tendr una longitud de 30cm de largo, por 2.5cm de anchoy unos 5mm de espesor. En sus extremos se soldara, o unir de forma solidaria, la lnea principal detierra y la lnea de enlace con tierra, asegurndose que no pueda, por medios accidentales,producirse su desconexin.

p201

Captulo VIII. Puestas a tierra

Figura n 11. Arqueta de conexin para el punto de puesta a tierra.

! $#%"&'! #

La instalacin exterior de puesta a tierra nunca puede interrumpirse, por tanto estar formada por unconductor de cobre, sin elementos de proteccin, ni fusibles, ni ningn otro dispositivo de proteccino seccionador que pueda interrumpir su continuidad. Discurrir paralela a la instalacin de enlace,desde la caja general de proteccin, hasta el ltimo punto de luz o toma de corriente de la instalacinelctrica de un edificio, enlazando todas las partes metlicas, con el terreno mediante la toma detierra.

La instalacin de puesta a tierra la forman loas siguientes lneas:

Lnea principal de tierra.

Lnea secundaria de tierra.

Conductores de proteccin.

Ya hemos insistido en la necesidad de la continuidad elctrica de esta instalacin, por tanto estastres partes anteriores, son simplemente una sola unidad con diferente seccin y nombre.

Lnea principal de tierra

Se denomina lnea principal de tierra a los conductores que parten del punto de puesta a tierra. Asta, estarn conectadas las derivaciones para la puesta a tierra de las masas, a travs de losconductores de proteccin y de las derivaciones de la lnea principal de tierra.

El conductor ser de cobre de 16 mm2 de seccin como mnimo, y estar convenientemente aislado,discurriendo paralelo a la lnea de enlace o a la instalacin correspondiente. Un ejemplo tpico de laubicacin de esta lnea principal de tierra en un edificio destinado a viviendas, sera el circuito quetranscurrira desde la caja general de proteccin hasta el cuadro de contadores, es decir, la lnearepartidora (existiran pletinas para la unin, con soldadura aluminotrmica, de la lnea principal detierra, con la lnea secundaria de tierra en el cuadro de contadores). Los conductores de la lnearepartidora, seran en este caso, los conductores de referencia a la hora de utilizar la tabla n 1, paradimensionar la lnea principal de tierra.

Existir una lnea principal de tierra para cada punto de puesta a tierra, as en un edificio destinado aviviendas, locales comerciales u oficinas tendremos las siguientes lneas:

p202

TECNOLOGA ELCTRICA

Para la instalacin de las antenas (la seccin mnima ser de 6mm2). Para la instalacin del pararrayos (la seccin mnima ser de 50mm2). Para las cocinas y cuartos de aseo, etc, (la seccin mnima ser de 6mm2). Para el local a o lugar de la centralizacin de los contadores. Para la base de las estructuras metlicas de los ascensores y montacargas Para el punto de ubicacin de la caja general de proteccin Para el cuadro de contadores.

En cuanto a las pautas a seguir para su correcto dimensionado, se realizar de acuerdo con:

Las dimensiones estarn determinadas por una seccin mnima de 16mm2, teniendo presenteque siempre se comparar con los conductores de fase que a ella discurren paralelos,aplicndose la siguiente tabla, MIBT-017. Del REBT.

Seccin conductorde fase

Seccin conductorde proteccin

Sf < 16mm2 Sp = Sf

16mm2 < Sf < 35mm2 Sp = 16mm

2

Sf > 35mm2 Sp = Sf / 2

Tabla n 2. Secciones mnimas para la lnea principal de tierra.

Aparte siempre ser superior la seccin de la lnea principal de tierra a la de la lnea secundaria detierra.

La seccin ser tal qu, delante de cualquier defecto o fuga que pueda producirse, la mximacorriente que circule nunca ser mayor, qu la que provoque una corriente cercana al punto defusin del cobre o materiales que formen el conductor de proteccin en un tiempo mximo de 2seg,tiempo ms que suficiente, para provocar la desconexin de los elementos de proteccin.

Derivaciones de la lnea principal de tierra

Son aquellos conductores que unen la lnea principal de tierra con los conductores de proteccin odirectamente con las masas. Un ejemplo sencillo que nos permite ver la ubicacin de esta lneasecundaria de tierra seria la derivacin individual de un edificio de viviendas. As los conductores quela acompaaran seran los que, saliendo del cuadro de contadores (donde existira una pletina a talfin), alcanzasen el ICP (interruptor de control de potencia) ya en el interior de la vivienda del abonado(volveran a conectarse a una pletina de donde partiran los conductores de proteccin).El material utilizado para los conductores de la lnea secundaria de tierras son los mismos que losempleados para la lnea principal.

Al igual que en la lnea principal, la tabla de referencia es la dada por la MIBT-017 del REBT. Siendolos conductores de fase, los que circulen paralelos al conductor de proteccin (dentro del mismo tubo).

Seccin conductorde fase

Seccin conductorde proteccin

Sf < 16mm2 Sp = Sf

16mm2 < Sf < 35mm2 Sp = 16mm

2

Sf > 35mm2 Sp = Sf / 2

Tabla n 3. Secciones mnimas para las derivaciones de la lnea principal de tierra.

El mnimo permitido es de 2.5mm2 de seccin, s los conductores disponen de proteccin mecnica,o de 4mm2 de seccin, s los conductores carecen de la misma, debindose tener tambin presente

p203

Captulo VIII. Puestas a tierra

qu, la seccin de los conductores de esta lnea secundaria de tierra, siempre ser mayor que la delos conductores de proteccin que a ella acometen.

Las uniones con la lnea principal de tierra, o con los conductores de proteccin se realizarmediante soldadura aluminotrmica con alto punto de fusin y baja resistencia de contacto, o conelementos de presin mecnica que asegure la continuidad del circuito an con solicitacionesadversas. S la unin no es entre cables sino con masas, igualmente se utilizarn los mtodosdescritos anteriormente.

Como norma general estos conductores llevarn su correspondiente aislante (de igual color que losconductores de proteccin, amarillo-verde a rayas), discurrirn paralelos y conjuntamente con los defase por un mismo tubo, intentndose que el recorrido sea lo menor posible, sin cambios bruscos dedireccin y sin estar sometidos a esfuerzos mecnicos.

Conductores de proteccin

Su misin es asegurar la proteccin contra los contactos indirectos. Estos conductores son de cobre yunen la derivacin de la lnea principal de tierra con las masas de las instalaciones (caeras, calderas,canalizaciones, marcos metlicos de puertas y ventanas etc). Siguiendo con el ejemplo del edificio deviviendas, la ubicacin de estos conductores correspondera al circuito que discurre desde el cuadrogeneral de mando y proteccin, hasta el ltimo punto de luz o toma de corriente de la instalacininterior, es decir es el ltimo eslabn del circuito elctrico, en este caso, del circuito de proteccin.

Los conductores de fase de referencia, corresponden a los conductores del circuito interior de lavivienda, local comercial, u oficina, con los cuales transcurrir paralelo el conductor de proteccin,por el interior del mismo tubo.

Al igual que en la lnea principal y la lnea secundara de tierra, la tabla de referencia es la dada porla MIBT-017 del REBT. Siendo los conductores de fase, los que circulen paralelos al conductor deproteccin (dentro del mismo tubo).

Seccin conductorde fase

Seccin conductorde proteccin

Sf < 16mm2 Sp = Sf

16mm2 < Sf < 35mm2 Sp = 16mm

2

Sf > 35mm2 Sp = Sf / 2

Tabla n 4. Secciones mnimas para el conductor de proteccin.

El mnimo permitido es de 2.5mm2 de seccin, s los conductores disponen de proteccin mecnica,o de 4mm2 de seccin, s los conductores carecen de la misma.

Las uniones con la lnea secundaria de tierra ya han sido descritas en el apartado anterior, realizn-dose con soldadura aluminotrmica con alto punto de fusin y baja resistencia de contacto, o conelementos de presin mecnica que asegure la continuidad del circuito an con solicitacionesadversas. S la unin no es entre cables, sino con masas, igualmente se utilizarn los mtodos des-critos anteriormente.

Existen finalmente unas normas concretas sobre los conductores de proteccin que nos indica laMIBT-017 del REBT/1973. Entre las ms importantes podemos destacar y resumir:

Los conductores de proteccin sern fcilmente identificables mediante colores llamativoscomo son el amarillo-verde a rayas.

Cada circuito elctrico llevara su correspondiente conductor de proteccin.

Los tubos por donde discurran los conductores de fase de un circuito determinado, siemprellevarn tambin su correspondiente conductor de proteccin.

p204

TECNOLOGA ELCTRICA

Las conexiones se realizarn con soldadura aluminotrmica de alto punto de fusin y bajaresistencia de contacto, o bien mediante elementos de presin mecnica que asegura lacorrecta continuidad del circuito incluso con solicitaciones adversas mecnicas.

Las instalaciones con diferentes niveles de tensin, tendrn tambin conductores deproteccin diferentes.

(

La finalidad ltima de una puesta a tierra, es la de ofrecer un camino fcil hacia tierra para lascorrientes que puedan surgir a causa del mal funcionamiento de una instalacin. Un buen contactopermite el paso de la corriente elctrica, mientras que un mal contacto lo dificulta, al valor que definela bondad de este contacto, se le denomina resistencia de paso a tierra, R (). As resultaindispensable que a la hora de dimensionar los electrodos sobre un terreno determinado, el valor dela resistencia de paso a tierras sea el menor posible y se pueda mantener constante a lo largo detodo el ao.

Las Normas Tecnolgicas de la Edificacin nos determina los valores mximos de la resistencia depaso a tierra para diversos casos comunes:

Edificios sin pararrayos.................................. R< 80.

Edificios con pararrayos.................................. R< 15.

Edificios con instalaciones especiales............ R< 5.

La resistencia de paso a tierra se mide desde el punto de puesta a tierra, siendo por tanto, lacombinacin de las resistencias de los electrodos ms la de las lneas de enlace con tierra. Todoeste entramado se ve afectado por las variaciones que sufre el terreno a lo largo del ao,coincidiendo con las variaciones climticas que se producen. Entre los factores que ms afectan lavariacin del valor de la resistencia de puesta a tierra podemos citar: la humedad, la salinidad, laestatigrafa del terreno, la temperatura, factores de origen elctrico, etc.

)*

Segn la NTE, a fin de conseguir una red equipotencial correcta dentro del edificio en contacto contierra, se conectaran a tierra todos los elementos metlicos susceptibles de ponerse en tensin bajociertas circunstancias. Los elementos a conectar a los puntos de puesta a tierra sern los siguientes:

La instalacin de pararrayos.

La instalacin de antena colectiva de TV o FM

Las estructuras metlicas y armaduras de muros y soportes de hormign.

Las instalaciones de fontanera, gas, calefaccin, depsitos, calderas, guas de aparatoselevadores y, en general todo elemento metlico importante.

Cuadro de contadores.

Caja general de proteccin.

Masas de las instalaciones elctricas.

p205

Captulo VIII. Puestas a tierra

Figura n 12. Elementos ms comunes a conectar a una puesta a tierra.

+,

Estas dos tensiones son importantes a la hora de determinar los potenciales peligrosos delante deuna fuga a tierras.

Figura n 13. Distribucin del gradiente de potencial a partir de un electrodo de tierra.

p206

TECNOLOGA ELCTRICA

Tensin de paso: es la diferencia de tensin que puede aparecer entre dos puntos del terrenoadyacente a la puesta a tierra, separados una distancia de 1m (distancia de paso), delante deuna fuga a tierras. Se evitar que esta tensin alcance valores peligrosos para los seres hu-manos.

Tensin de contacto: es la diferencia de tensin que puede aparecer entre dos puntos situadosa 1m de distancia cuando existe una fuga a tierras, siendo estos puntos, la pica o el cable deenlace con tierra y el terreno a 1m de distancia.

-.

Ya se ha comentado que el valor de la resistencia de paso a tierra depende de tres factores:

El terreno.

El electrodo.

Contacto electrodo-terreno.

Por otra parte, tambin hemos visto qu, los valores mximos admitidos, en caso de corriente dedefecto, eran:

R < 80 en edificios destinados a viviendas

R < 15 en edificios con pararrayos

R < 5 en instalaciones especiales.

Para el clculo terico de la puesta a tierra, podemos emplear al menos tres procedimientos, que enla prctica quedan ms limitados:

Toma de tierra especfica con pica, placa, etc.

Toma de tierra en edificios con electrodos naturales.

Toma de tierra conocido el valor de la resistencia de paso una vez se ha clavado la primerapica o placa.

- "# !&$/0#$ $$ & $

Este es uno de los mtodos tericos ms utilizados y consiste en los siguientes pasos:

Previamente se ha medido (como se explicar posteriormente), la resistividad del terreno, oen su caso, se ha usado para determinar el valor de esta resistividad la tabla aproximada deresistividades de diversos terrenos dada por el REBT.

Identificaremos s el local a poner a tierras, dispone de pararrayos, de instalaciones especialesetc. Con estos datos y segn la NTE, conoceremos el valor mximo que puede presentar laresistencia de paso a tierra (80, 15 5).

Realizaremos los clculos determinados en la tabla, entrando con las frmulas adecuadas(picas, placas, conductores enterrados). Como el valor de R ya ha sido prefijado, obtendremosel valor del permetro P(m), en caso de placas o la longitud L (m), en caso de picas oconductores enterrados.

Conocido el valor del permetro de la placa, o el valor de la longitud de la pica del conductorenterrado, y sabiendo los valores estndar de placas o picas (placas normales: 3m de perme-

p207

Captulo VIII. Puestas a tierra

tro; picas normales: 2m de longitud), obtendremos el nmero de placas, picas metros deconductor enterrado, para la resistencia de paso de tierra pedida.

Se determinar el precio ms favorable, teniendo presente tanto el precio del material comotambin el precio de la mano de obra.

Finalmente se irn realizando las medidas correspondientes cada vez que introduzcamos unnuevo electrodo hasta obtener la resistencia deseada.

Se elegir la solucin ms adecuada entre todas las propuestas.

Electrodo Resistencia de paso a tierra ()Placa enterrada

PR = 8.0

Pica verticall

R =

Conductor enterrado horizontalmentel

R = 2

= Resistividad del terreno en (*m)P = Permetro de la placa en (m)

l = Longitud de la pica o conductor en (m)Tabla n 5. Frmulas a aplicar para una correcta puesta a tierra.

- "# "'"#0#$#

Para realizar este clculo nos basaremos en la tabla dada por la NTE-IEP. Para entrar en esta tablaes necesario conocer unos datos previos:

Longitud en metros, del permetro cubierto por la lnea de enlace con tierra enterrada (siempreconsiderando cable desnudo), debajo las cimentaciones del edificio.

Naturaleza del terreno, (afectar al valor de la resistividad del mismo).

Anlisis del edificio. Posee no pararrayos?, es decir, la resistencia de paso a tierra sercomo mximo de 80 , o bien de 15 , respectivamente.

Se entra en la tabla y se determina el nmero de electrodos artificiales (picas), a aadir alcable enterrado artificialmente.

Siempre se escoger el nmero de picas mayor, s la longitud esta entre dos valores de la tabla. Sila longitud de cable enterrado sobrepasa el mximo dado por la tabla, el nmero de picas a aadirser 0. Finalmente s la longitud del cable enterrado es inferior al valor mnimo dado por la tabla, seescoger el nmero de picas de la ltima longitud dada en la tabla, recordando que es el nmeromnimo, por lo que se aconseja que se aumente la longitud del permetro el nmero de picas.

p208

TECNOLOGA ELCTRICA

Figura 14. Cable enterrado, conectado a los pilares, que bordea el permetro de un edificio.

Tabla n 6.

Numero de picas

a coloca

r en fu

ncin del

permetro

del edificio

.

p209

Captulo VIII. Puestas a tierra

- "# $$#"1 " !#!$# "& !' 12!3 $ 1 " $ & $

Este es un mtodo terico aplicable solo en algunas situaciones, ya que necesita de unos condicio-nantes muy especficos:

La resistividad del terreno tiene que ser completamente conocida en toda la superficie en lacual vamos a realizar la puesta a tierra y mantenerse constante (esto es difcil ya que an ensuperficies pequeas de terreno, la resistividad puede variar ampliamente).

Se determina la resistencia mxima que por las caractersticas del local le corresponde segnla NET-IET ((80, 15 5).

Se clava la primera pica o placa. Se mide la resistencia de paso a tierra. Con el valor halladoen esta primera medicin, podremos saber l numero de picas o placas totales (suponiendoque la resistividad del terreno es constante en toda su superficie), ya que con dos picas oplacas la resistencia de paso valdr la mitad, con tres picas o placas valdr un tercio de suvalor total, etc.

Cuando se alcance el valor de la resistencia de paso dada por normas, tendremos el nmerototal de picas o placas a colocar.

Para la eleccin final se tendr presente no solo el precio de compra del material, sino tambinel precio de la mano de obra para su instalacin.

4*

Vamos en este apartado a explicar como medir la resistencia de puesta a tierra de una tomadeterminada, y asimismo, como determinar la resistividad del terreno.

En todos los casos se ha utilizado el elemento medidor que indican las figuras. Con otros elementosmedidores se deben consultar sus catlogos, para un correcto funcionamiento del mismo.

4*"#$#%" !#!$# "&'! #

Para realizar una correcta medida de la resistencia de paso a tierras pueden utilizarse dos mtodos:

Principio de los cuatro hilosEste mtodo se basa en el siguiente esquema y en las actuaciones descritas a continuacin del mismo..

Figura n 15. Medida de la resistencia de puesta a tierra segn el principio de los cuatro hilos.

p210

TECNOLOGA ELCTRICA

Clavar las picas para la sonda y la toma de tierra auxiliar, como esta representado en la figura,separndolas unos 20m.

Conectar la toma de tierra a las bornas E, y ES del aparato por medio de dos cables demedida separados, conectar la sonda a la borna S y la toma auxiliar a la borna H.

Poner los interruptores E y ES en el estado de abierto (pulsadores en la posicin, sinpulsar).

Medir la resistencia de puesta a tierra. La resistencia de la lnea de medida entre la toma de tierra y la borna E no se suma a la

medida, con este tipo de montaje. Los cables de medida, con el fin de evitar derivaciones, deben estar bien aislados y no

debern cruzarse ni discurrir durante grandes distancias paralelos, con el fin de limitar almximo la influencia de acoplamientos.

Principio de los tres hilos

Este mtodo se basa en las siguientes actuaciones.

Clavar las picas para la sonda y la toma de tierra auxiliar como esta representado en la figura,separadas unos 20m.

Conectar la toma de tierra a las bornas E, y ES del aparato por medio de dos cables demedida separados, conectar la sonda a la borna S y la toma auxiliar a la borna H.

Poner los interruptores E y ES en el estado de cerrado (pulsadores en la posicin deenclavados).

Medir la resistencia de puesta a tierra. La resistencia de la lnea de medida entre la toma de tierra y la borna E se debe sumar a la

medida, con este tipo de montaje. Los cables de medida, con el fin de evitar derivaciones, deben estar bien aislados y no

debern cruzarse ni discurrir durante grandes distancias paralelos, con el fin de limitar almximo la influencia de acoplamientos.

Siendo su esquema de utilizacin el mostrado en la siguiente figura:

Figura n 16. Medida de la resistencia de puesta a tierra por el mtodo de los tres hilos.

p211

Captulo VIII. Puestas a tierra

4*"#$#%" !#!#1#" ""

El factor ms importante en todo el proceso de clculo de una correcta puesta a tierra, consiste en labuena determinacin de la resistividad del terreno, ya que esta es muy superior a todas la otrasresistencias que influyen en una instalacin de puesta a tierra (cables, electrodos, soldaduras, etc).Para medir la resistividad del terreno no ser suficiente con una sola medida, sino que se tendrnque efectuar varias medidas, realizando una cuadricula en toda la superficie del terreno propuestopara la puesta a tierra.

Una vez se han tenido presentes las dos consideraciones anteriores la medida pasara por:

En una lnea recta y a tramos con distancias a conocidas, clavar cuatro picas de tierra en elsuelo y conectarlas al medidor de tierras segn se indica en la figura.

Calcular la resistencia especfica de tierras aplicando la siguiente expresin.

Rae = 2

Donde: a = distancia entre las dos picas de tierra.R = Resistencia de tierra obtenida con el medidor de tierra.

La profundidad con que se clavan las picas no debe exceder de 1.2 de la distancia a.

Existe el riesgo de mediciones errneas, s en paralelo a la disposicin de la medida discurrentuberas, cables u otras lneas metlicas subterrneas.

Figura n 17. Medida de la resistividad de l terreno mediante el mtodo Wenner.

5*6*,**

5& 2 #" !&'! ! #

Como conclusin a todo lo expuesto para la correcta instalacin de una toma de tierra, recordamos,que la parte ms importante de toda la instalacin es la correcta eleccin del terreno. Con un terrenomal conductor, la instalacin de puesta a tierra siempre ser mala, por ms que utilicemos cables,picas, o soldaduras eficientes. En cambio con terrenos con bajas resistividades, la instalacin depuesta a tierra tiene asegurado un buen rendimiento.

p212

TECNOLOGA ELCTRICA

Como elementos importantes se han de tener presentes los siguientes:

No colocar los electrodos a menos de 3 m de muros o rocas, ya que con distancias menoresse impide la correcta disipacin de las corrientes de fuga.

No colocar electrodos en patios rodeados de muros por los cuatro lados.

Los electrodos se situarn en aquella parte del terreno en la que la resistividad sea mnima yvare poco con el paso del tiempo (orientaciones prximas al Norte).

Los electrodos de un edificio debern instalarse debajo de las cimentaciones.

Los empalmes, derivaciones y uniones debern realizarse con soldadura aluminotrmica.

No se instalarn electrodos en aquellos lugares donde puedan producirse corrientes telricas ovagabundas.

No se instalarn electrodos en las cercanas de cercas, alambradas, pozos, depsitos, etc, yaque el agua es mala conductora y los muros impiden la difusin de las corrientes de fuga.

La distancia entre una puesta a tierra y un centro de transformacin, no ser inferior a 15m sel terreno es de baja resistividad.

5* ##" !&'! ! #

Para mantener dentro de unos valores aceptables prefijados la resistencia de paso a tierra, sernecesario atender a dos requisitos bsicos:

Conservar el contacto electrodo-terreno.

Mantener y mejorar la conductividad del terreno.

En cuanto al primer apartado: utilizando soldadura aluminotrmica, o mecanismos a presin mecni-cos para las uniones; revisando el estado de picas, placas, cables, etc,; y comprobando peridica-mente su perfecto estado de conservacin (una vez al ao una revisin general y una vez cada 5aos, una revisin mucho ms especfica), ser el mejor mantenimiento que podamos ofrecer a lasinstalaciones de puesta a tierra.

Por el contrario, en cuanto a mantener o mejorar la conductividad del terreno, es posible conactuaciones adecuadas, no solo mantener la conductividad en unos valores determinados, sino queincluso estos valores pueden ser mejorados. Esto se consigue de dos formas:

Aumentando la humedad del terreno.

Aumentando la concentracin de sales o partculas metlicas en el terreno.

En el primer caso, regando peridicamente la superficie ocupada por los electrodos, as como susalrededores se consigue mantener un nivel de humedad aceptable. Tambin es posible conseguireste fin aadiendo grasas en la parte superficial del terreno, conservando el grado de humedaddurante ms tiempo.

En el segundo caso se tendr que tratar el terreno con elementos qumicos a fin que resulte mejorconductor, estos productos pueden ser: aadiendo sales, abonos, geles, elementos electrolticos,etc.

Uno de los sistemas ms econmicos y conocidos consiste en realizar una pequea excavacinpor encima de los electrodos, seguidamente se aade sal comn y se riega. Con este sistema lassales se van distribuyendo a medida que regamos la superficie, resultando un mtodo sencillo yefectivo.

p213

Captulo VIII. Puestas a tierra

7*

Segn el REBT MIBT-039, se indica: Por la importancia que ofrece desde el punto de vista de laseguridad, cualquier instalacin de toma de tierra, deber ser obligatoriamente comprobada por losservicios oficiales en el momento de dar de alta la instalacin para su funcionamiento.

La citada instruccin del REBT aade adems: Personal, tcnicamente competente, efectuar estacomprobacin anualmente en la poca en que el terreno est ms seco. Para ello se medir laresistencia de tierra, reparando inmediatamente los defectos que se encuentren. En los lugares enque el terreno no sea favorable a la buena conservacin de los electrodos, stos, as como tambinlos conductores de enlace entre ellos hasta el punto de puesta a tierra, se pondrn al descubiertopara su examen, al menos una vez cada cinco aos.

p214

TECNOLOGA ELCTRICA

c: los autores, 2000; Edicions UPC, 2000.