Para garantizar el buen funcionamiento de los equipos, aparatos eléctricos y la seguridad de las personas que manipulan dichos objetos, es importante seguir con las normas eléctricas, e instalar una Puesta a Tierra. A continuación veremos para qué es la puesta a tierra, que artefactos y elementos deben tener conexión a tierra.
¿Qué significa la Puesta a Tierra?
Empecemos con un enunciado de fácil entender y después pasamos a realizar una explicación más detallada.
Realizar un montaje de conductores eléctricos de protección que inician en los tomas de corrientes (en donde se hace las conexiones de los aparatos eléctricos como refrigerador, lavadora, etc.) hasta el punto donde se encuentra la tierra (el terreno).
La finalidad es que cuando exista una corriente de fuga, no se quede en el material metálico del artefacto que está en conexión al toma corriente, y salga por las instalaciones de los conductores eléctricos o las llamados “Instalación de Toma de Tierra”.
En la zona de tierra se tiene que enterrar o clavar una “pica o un “electrodo” debe estar completamente enlazado con el terreno. Todos los conductores eléctricos de la instalación de la Puesta a Tierra se encontraran conectadas, por medio de la instalación de la puesta a tierra, en directo con el electrodo o la pica.
Pica = Barra Metálica.
Electrodo = conductor o cable eléctrico desnudo Anillado, con forma de Malla de cable o conductor sin aislante.
Hacer esta conexión admitirá dar entrada de las corrientes de fuga, de defecto o cuando exista una descarga de procedencia atmosférica de altos Riesgos Eléctricos en dirección al terreno mediante los conductores eléctricos de protección por medio de la pica o el electrodo. Toda esta instalación es lo que se le llama “Puesta a Tierra”.
Puesta a Tierra, es establecida por la Ley que en el momento de construir una vivienda o un edificio se debe instalar una toma a tierra o una puesta a tierra (T.T.).
En fin, lo que se necesita para realizar dicha instalación, es el cálculo y las dimensiones.
¿Qué vamos a Conectar a la Puesta a Tierra?
La Puesta a Tierra en los Edificios:
Se instala pararrayos.
Se instala antena colectiva de TV y Fm.
Se instalan toma corrientes y las masas metálicas que se encuentran en los aseos y en los baños.
En instalaciones de gas, fontanería, calefacción, calderas, depósitos, elevadores, guía de aparatos y en total las tuberías metálicas y elementos metálicos importantes.
Las Estructuras Metálicas, soportes de hormigón y armaduras de muros.
En todos los artefactos eléctricos con estructura de metal, como la cocina eléctrica, hornos o el lavaplatos hacen empalme a la puesta a tierra a través de las tomas de corrientes de la edificación o vivienda y también en la Instalación Eléctrica de Cocina.
¿Cómo se realiza la conexión de un electrodoméstico a tierra que tenga una carcasa metálica por medio de una toma de corriente?
Si se conecta un artefacto eléctrico a una toma de corriente, la clavija de la conexión (es una herramienta hecha de material aislante en ella se encuentran tres pequeñas varas de metal, las cuales al introducir en la toma de corriente y hacen conexión eléctrica).
En este caso trae tres conductores y conseguimos el cable para la toma a tierra el cual siempre es de color verde- amarillo y se encuentra atornillado a la carcasa del artefacto eléctrico.
Entonces, cuando se hace la conexión a la toma de corriente el cable conductor se enlazara con la instalación de toma a tierra que está en la edificación.
Definición
La Puesta a Tierra, como lo sugiere el Reglamento de Eléctricidad es: «el enlace eléctrico de manera directa, sin fusibles, ni resguardo de ningun tipo, de fracción del circuito eléctrico o de una fracción conductora (de metal) sin tener relación con el mismo, por medio de una toma de tierra con un electrodo o grupos de electrodos clavados en el suelo”.
Es importante para ampliar la información investigar en el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (REBT) en la instrucción Tánica ITC-BT 018.
La unión Eléctrica = cables de la instalación de toma de tierra.
Parte del Circuito Eléctrico = toma corriente y todos los aparatos con partes metálicas de la instalación o edificio.
Toma de Tierra o Electrodo = pica enterrada en el terreno o cable desnudo enterrado en el terreno en forma de malla…
Por medio de la instalación que se hace en las edificaciones y espacios próximos al terreno, se tiene que lograr que no existan desigualdades de potencial comprometido y también, el paso que lleva a tierra la corriente en fuga, o por defecto como las descargas que hace la atmósfera.
En fin, la Puesta a Tierra en el sistema de conexión eléctrica que se hace a tierra, es para separar las corrientes eléctricas que son potencialmente peligrosas.
Son peligrosas para los usuarios y demás, y la puesta a tierra se encarga de resguardar, hay dos tipos de casos, el que es por corriente estática (hace referencia cuando se presente una abundancia de carga eléctrica puede ser positiva o negativa, en un material aislante o también conductor).
Y por contacto indirecto, esto dos se suponen que son por contactos indirectos, en algunas tensiones no las tienen. Se puede explicar estos dos casos más detallados.
¿Cómo justificar la instalación de la Toma a Tierra?
En un circuito eléctrico estándar, la corriente circula (entra) por el cable conductor de la fase (es la energía o la cantidad de fuerza electromotriz, que se presenta en cierto tiempo, de una corriente alterna) y llega al aparato eléctrico, puede ser una lámpara, y luego retorna por el cable que tiene el nombre de neutro.
La misma cantidad de amperios que entran igual salen, aquí no exista la fuga de corriente.
Si en el desplazamiento, el cable conductor se encuentra algún daño en la zona de aislamiento (un cable pelado) y tiene contacto con la carcasa de metal del artefacto, ejemplo una lavadora o un microondas, la corriente que viene por el conductor se desvía hacia la carcasa o también se puede decir que la carcasa se encuentra bajo tensión.
Si alguna persona toca la carcasa le da la corriente el camino más corto y con menos resistencia para buscar su desvió, realizando una descarga en la persona.
Todos estos contactos de cables pelados por mal mantenimiento que emanan corriente a las superficies de metal. Cómo son las carcasas de los aparatos, tienen por nombre contactos indirectos, los cuales llevan la corriente por donde no tienen que pasar.
Existe otro caso en el que la carcasa de cualquier artefacto almacena la carga eléctrica estática, puede ser por un simple toque por el aire. Y si en ese momento una persona hace contacto con el aparato puede tener una descarga por medio del cuerpo. Lo que tiene por nombre un “calambrazo”.
Toda la estructura de metal de un artefacto eléctrico que en una situación normal se encuentran separadas de las partes con actividad (con tensión o corriente), tiene como nombre “masa”.
Los cables conductores de toma de tierra dentro de la vivienda o en algún establecimiento son de color verde con amarillo, el cual se conecta de forma directa a las áreas de metal de los artefactos a tierra o al terreno.
Si existe alguna fuga de corriente se desviara por el cable de toma de tierra y se iría al terreno en lo que se presente esa estática o fuga de corriente.
¿Qué es el Diferencial? y su relación con La Toma de Tierra
Si se presenta una corriente estática o una fuga por la zona de metal, la energía que ingresa en la fase no será igual a energía que tiene salida por el neutro porque parte de la energía que está en fuga al terreno de la puesta a tierra.
La diferencia de energía que entra y la que sale se puede detectar por un aparato que tiene el nombre de “Diferencial”. El cual identifica si existe alguna desigualdad entre la energía que está entrando y la que está saliendo por el circuito.
Cuando se presenta esta diferencia de inmediato corta la energía del circuito.
El diferencial en el mismo instante que se revele el contraste de energía cortara la corriente en la instalación.
Si hay una corriente estática o un trato directo en el área de metal, antes de que sea tocado por un usuario el diferencial habrá cortado la energía del aparato, haciendo una protección de las energías potenciales y peligrosas que pueden hacer descargar en el cuerpo de una persona causado por la energía estática o fuga.
Antes de realizar la activación del diferencial es esencial saber porque se originó la avería.
¡Importante! Todo lo que se ha dicho de la puesta a tierra no debe tener fusible, tampoco otro aparato que sirva para cortar en cualquier momento la energía de estática o de fuga. El conductor o cable de tierra debe ir directo al terreno.
El diferencial siempre debe estar conectado a la fase o al neutro en tal caso, para así descubrir la diferencia de energía de entrada y de salida, jamás debe estar conectado a la toma de tierra.
De esta manera se puede ver lo ligado que se encuentra la toma a tierra y el diferencial para proteger al usuario en las instalaciones de electricidad.
La toma a tierra realiza el desvió de la corriente de fuga y luego el diferencial al descubrirlo realiza el corte de energía para hacer la protección a la persona que puede estar en peligro de una descarga.
El Objetivo de la Puesta a Tierra
Para garantizarles la seguridad a todas las personas que tiene un contacto de manera indirecta con la zona metálica de los receptores. Ese es el objetivo de la Puesta en Tierra.
El principal objetivo de la puesta a tierra es limitar las tensiones, que pueden aparecer en cualquier instante en las partes metálicas o masas, resguardar bajar o eliminar de un todo el riesgo que puede provocar una avería en los aparatos eléctricos que se utilizan.
En cualquier Instalación eléctrica de una casa debe estar incluida la puesta a tierra y su objetivo es:
- Restringir la tensión que están presentes en las masas de metal con relación a la tierra.
- Asegura la acción de la protección.
- Disminuir o eliminar cualquier riesgo que puede provocar alguna avería en el material de electricidad que se está usando.
Hay dos tipos, que son las más importantes en la protección que acatan la puesta a tierra de manera elemental para que tenga un buen funcionamiento, estas son la protección en contra de las tensiones transitorias (las que protegen los equipos), y la protección diferencial contra contactos de manera indirecta (protección hacia las personas).
Las consecuencias de las sobretensiones transitorias en una instalación se notifica mediante la protección en contra de las sobretensiones transitorias (SPD).
Esto lo hacen por medio de la derivación de la energía de la sobretensión que se dirige a la puesta a tierra, y entonces, evita que se dañen los equipos eléctricos y electrónicos.
La propiedad de la protección contra las sobretensiones, se encuentra unida al sistema de puesta a tierra, porque la ruta de impedancia aumentada, siempre expone a una elevada medida los equipos, que son más sensibles a los efectos de esta sobretensión.
Claramente, cuando se presenta una pérdida o inexistencia de la puesta a tierra, esta protección que tiene la sobre tensión, disipa la mayor parte de su energía.
Si se quiere entender mejor esta relación que tienen la calidad de la puesta a tierra y la eficacia de la protección contra sobretensiones, lo más recomendable es acudir a un símil hidráulico que es muy presentido.
Si comparamos la energía de la sobre tensión con un tipo de cantidad de líquido, en este caso la puesta a tierra sería un embudo. A este embudo, verificamos la medida de su obertura por donde realiza la evacuación con la misma eficiencia de la puesta a tierra.
En el momento que el embudo termine de vaciar todo el líquido, la sobre tensión habrá sido tumbada, mientras los equipos seguirán con la tensión normal.
En el gráfico esta un ejemplo lo que ocurre en un sistema de mala puesta a tierra (embudo con la obertura más estrecha) y lo que ocurre con una buena puesta a tierra (embudo con obertura amplia) cuando ocurre una sobretensión.
Se ve como la puesta a tierra que tiene mayor resistencia, se satura con toda la energía que es descargada (en este caso el embudo se llena por ser estrecha su salida, y va saliendo lentamente).
Automáticamente, el tiempo se va alargando y los equipos que les brindan protección, se ven perjudicados por el efecto de la sobre tensión, que a la final están sometidos a un mayor desgaste.
Todos los equipos se encuentran relacionados a la puesta a tierra, logrando que pueda hacer que los equipos, al final como no consiguen salida para su energía, terminen por dañarse, de esta manera hace que la protección sea ineficiente.
El embudo más estrecho no puede drenar bien la energía y al final se desborda, de esta manera da el ejemplo de cuando se dañan los equipos.
Cuando hay un caso de pérdida o falta de la puesta a tierra, ya no hay protección en contra de sobre tensiones.
Y si se habla de los contactos indirectos, sucede cuando una persona hace contacto con una masa metálica de la instalación que por accidente se encuentra con alguna tensión a causa de un error de aislamiento.
Los responsables de la protección contra contactos que no son directos, terminan siendo aquellos protectores deferenciales.
Tienen como principio para funcionar, es la de localizar las fugas de corriente superior al valor de la sensibilidad (se mide en miliamperios), haciendo comparaciones de la corriente que entra y la corriente que está saliendo de los circuitos.
Al calcular la diferencia entre las dos, se sabrá cual es la fuga de la corriente, lo cual hará que actué el protector diferencial y abra el circuito y así evitar una situación de peligro para las personas en las instalaciones.
En la protección diferencial, la conexión de los equipos a la puesta a tierra es muy importante para que exista seguridad frente a los contactos indirectos, porque si no hay una conexión a tierra, no hay suficiente fuga para que el diferencial realice su labor y evitar una descarga.
En las instalaciones industriales el uso de diferenciales, en estos equipos son de mayor calibre, la relación entre la puesta a tierra y la seguridad es mayor, porque en estos casos el haber un contacto directo podria causar un gran peligro para los usuarios.
Componentes de la Instalación de la Puesta a Tierra
Todas las instalaciones de puesta a tierra deben estar realizadas con los siguientes materiales:
Electrodo de Tierra, Pica o Toma de Tierra
Es un elemento de metal o un grupo de conductores que están interconectados.
Y están incrustadas en el terreno con conexión eléctrica entre sí (pueden ser empotrados en el hormigón que se encuentra en el terreno en un gran área), tienen como objetivo encauzar la energía de fuga que vienen de la instalación o las descargas eléctricas.
A este grupo de mallas o anillos que son los que conducen las conexiones pueden tener como complemento barras de metal o picas que se encuentran enterradas en el suelo.
Línea de Enlace con Tierra
Comienza en el borne básico de la tierra donde inicia el conductor de la tierra o línea de enlace con la tierra (LET), que hará unión con el anillo o los electrodos de puesta a tierra.
Borne principal de Puesta a Tierra
En una edificación básica de vivienda, el borne principal de tierra es una barra de metal, que esta ubica en la pared o en el suelo que se sujeta a por tornillos o una especie de garras.
Y de allí se hace la conexión a los otros conductores que están en la instalación de puesta a tierra igualmente por bornes y se encuentran en la caja de contadores.
Quizás existan bornes secundarios de puesta a tierra y un borne principal o toma de tierra. Las canalizadora de metal de agua, depósitos de gasoil, gas, antenas de tv y todas las masas metálicas del edificio.
Línea principal de tierra y derivaciones
Para hacer la unión de las masas con la puesta a tierra del edificio, necesita que la línea principal de tierra, al igual que las secundarias o derivadas, como los conductores de protección realice este trabajo.
Conductores de Protección
Los conductores de protección se usan para realizar la unión eléctrica de las tomas de una instalación a ciertos elementos, teniendo como propósito de resguardar la protección de contra los contactos indirectos.
En el circuito de puesta a tierra, los cables de resguardo entre lazaran las masas (conectores) a la línea de unión o principal de tierra. Todo el tiempo serán de dos colores amarillo con verde. Son los conductores de casas, edificios y locales.
Partes de la Instalación de la Toma de Tierra
La clasificación de los cables conductores que van a tierra se encuentran en las especificaciones de las instrucciones Técnicas del Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (REBT).
En las edificaciones de viviendas, la hilera fundamental de la tierra la cual va por el mismo canal que la Línea General de Alimentación (LGA), y de cobre con una dimensión de 16 mm2, si las fases es inferior que 35 mm2.
Y son valores superiores que la sección de fase, tienen que ser cincuenta por ciento menos de este valor, esto se lleva según la tabla tres (tabla 2 de la ITC-BT-18).
En las edificaciones construidas recientemente, antes de colocar el hormigón, al fondo de las zanjas de cimiento se hace la instalación de un cable de cobre al desnudo que forma un anillo cerrado que resguarda toda la dimensión de la edificación.
Las conexiones de las estructuras de metal del edificio se conectaran aquí. Pueden ser unidas por medio de soldaduras aluminotérnica o autógena de esta manera segura y fiable.
Estas tomas de tierra siempre se encontraran cavadas en terreno como mínimo 0,5 m. pero es recomendable que el conductor este enterrado por lo menos a 0,8 m. siempre el anillo debe ser de cobre al desnudo y de sección mínima de 25 mm2
Pero lo más recomendable, es que se conectaran al anillo, electrodos hechos de picas o placas de manera vertical, clavados en el terreno. El electrodo que con más frecuencia es usado, es el de las picas con una medida de dos metros.
La cantidad de picas que están conectadas al anillo conductor, será según la resistencia que posea el anillo. Habrá tantas picas como lo necesite, para que su resistencia a tierra sea de valor menor al que establece el REBT.
Cuando se necesiten dos picas en conexión paralela, para poder conseguir una resistencia de tierra más óptima, estas deben estar separadas por recomendación.
Similar a la medida que están clavadas cada una de ellas; y si es necesario enterrar diferentes picas, deben estar conectadas en paralelo, con una separación superior que en la explicación anterior.
Cálculos de la Toma de Tierra
La pica o el electrodo, tendrán una medida que le dará lugar a la resistencia a tierra, y no puede tener un valor superior al detallado para ella, en cualquier situación. La resistencia a tierra no puede permitir que las masas tengan tensiones de contacto mayores a:
- 24V en local o emplazamiento conductor a:
- 50 v en los demás casos
Valores que se encuentran con especificaciones en el Reglamento Electrónico de Baja Tensión (REBT) en las Instrucciones Técnicas ITC-BT 018.
Sin embargo… ¿Cuál es el valor que tiene que tener la resistencia de la toma de tierra, para que se efectuar el voltaje anterior en las instalaciones o circuitos? La respuesta es, que dependerá del valor del diferencial.
Cómo ejemplo:
Para las viviendas se debe utilizar unos diferenciales de 30mA (miliamperios) de sensibilidad, y significa que la corriente de fuga es de 0,03ª (30mA) o superior, el diferencial se activa para cortar la instalación.
Siempre se debe recordar a la Ley de ohm V= I x R; que cuando se hace el despeje de R se tiene:
R = V / I.
Si en la instalación de toma de tierra, el diferencial es de 30mA, la tensión máxima que se puede tener es de 24V, con una corriente máxima que circule por ella de 0,30A, ya que la intensidad de fuga será cortada por el diferencial. Luego el valor de la Resistencia a Tierra para este diferencial debe ser:
Rtierra = 24/0,03 = 800 ohmios.
Ahora se puede calibrar la toma a tierra, tenga el valor de la resistencia total de la instalación de la toma a tierra sea un punto mayor de 800 ohmios, pero en lo contrario no se puede cumplir los 23V establecidos por el REBT.
Se puede saber que para estipular la resistencia de tierra que sea admisible es necesario que se aplique la Ley de Ohm:
Con la siguiente tabla se expresan los montos posibles para evaluar las diferentes situaciones, siendo localizados por los distintos Tipos de cables de las instalaciones que se localicen al aire libre, lavanderías, locales con agua o humedecidos, etc.
Tabla Resistencia de Tierra, Superior Probable como sea el propósito del emplazamiento de los diferenciales en la practica.
|
Resistencia en Ohmios |
||
|
Sensibilidad del Diferencial |
Emplazamiento Conductor |
Resto de Emplazamiento |
|
10 mA |
2400 | 5000 |
|
30mA |
800 |
1666,67 |
|
300mA |
80 |
166,67 |
|
500mA |
48 |
100 |
|
1A |
24 |
50 |
| 3A | 8 |
16,67 |
El reglamento tiene una observación para los montos en los montajes de que son alumbrados en el exterior.
“la resistencia de puesta a tierra, con longitud en la puesta en asistencia del montaje, será como máximo de 30 Ω (de los diferenciales de 300 mA).
Los montos de las resistencia máximas de tierra que son establecidos por el reglamento (como en la tabla) se encuentran muy altos, es por esto que se toma los valores de un máximo de 10 ohmios en el momento de realizar el cálculo y dimensionar una instalación de toma de tierra.
¿Por qué esto? Sencillamente porque el Reglamento que regula las infraestructuras comunes de telecomunicaciones, para dar acceso a estos servicios de telecomunicaciones en la parte interna del edificio, tiene establecido una resistencia a tierra de un máximo de 10 Ω. Es por esto, que este valor se tendrá como referencia.
Cómo ya se saben, los valores que son óptimos para realizar la instalación de puesta a tierra, solo queda realizar el diseño, hacer los cálculos de las dimensiones de la malla y la cantidad de picas para que se haga cumplir con la máxima de los 10 Ω. Hagámoslo mediante un ejemplo.
Se encuentra un edificio de viviendas con estas características:
Cualidades de la edificación y del terreno.
- Edificio de viviendas
Toma de tierra que está formada por un conductor de cobre clavado (anillo de cable) y picas de 2m, de largo. Esta instalación es la más común en realizar en la mayoría de los lugares (Malla + Picas), a veces solo es necesaria la malla.
- Terreno
Calizas compactado y tiene una resistividad, ρ = 1500 Ωxm.
Planta de cimentación según el esquema que sigue:
La longitud del conductor de cobre enterrado o anillo es de 282 m.
Cuando se desea hacer el cálculo del número de picas de 2 m. de largo, se necesita un máximo de 10 ohmios, para la resistencia a tierra.
Primero se tiene claro que el conjunto de picas y el anillo se encuentran en paralelo a la tierra, es por esto que se está cumpliendo lo siguiente:
R total de la toma a tierra = 1 [(1/Rc) + (1/Rp)]
Se tiene que limitar la resistencia tierra a 10Ω, según como se explicó anteriormente. Después
Rt = 10Ω
Para poder hacer el cálculo de la malla o el anillo y las picas se debe utilizar las fórmulas que siguen:
Cálculo para barra enterrada:
R = 0,8 x r /P
Cálculo para Pica vertical:
R = r / L
Cálculo para conductor enterrado de manera horizontal:
R = 2 x r / L
donde:
R: Resistencia de toma de tierra en ohmios (Ω)
r: resistividad del terreno (ohm x m)
P: perímetro de la placa (m)
L: Longitud de la pica o el conductor (m)
En este caso el anillo esta enterrado de manera horizontal, entoces se usa la fórmula
Ranillo = (2 x 1.500) / 282 = 10,64Ω
¿Es menor a 10Ω de lo que iniciamos? Si la respuesta es sí, es suficiente con la malla, pero en este caso no es así. Entonces, se tiene que calcular el número de picas, que tengan una longitud de 2m, las cuales se deben colocar, para que pueda bajar la resistencia total de la instalación de tierra, que debe ser menor de 10Ω.
Al usar la fórmula de las resistencias que están en paralelo:
1/10 = 1/10,64 + 1/ Rp ——> Rp = 166,67Ω.
El resultado del valor de las resistencias del total de picas que se tienen que instalar.
Después de este valor, ya se tiene el resultado de la cantidad de picas (de 2m,)
Cuando se despeja la segunda fórmula de resistencia de pica vertical.
Resistencia de las picas =
r / n x L
El valor de “r” es la resistividad del terreno en ohmios por metro, “n” es el número de picas y “L” la longitud de las picas. El número de picas se debe colocar en la parte inferior de la formula porque es en paralelo.
Rp = ρ / (Nº Picas x L) = 1500/(número de picas x 2m) = 166,67Ω.
Número de picas = 1500/ (166,67Ω x 2) = 4,49 picas, es decir 5 PICAS.
Resistencia de las picas =
r /n x L = 1500 / (5 x 2) = 150Ω
Finalmente, se hace el cálculo de la resistencia total a tierra con la malla y las cinco picas, para estar seguros de que es inferior a los diez ohms:
Rtotal toma tierra = 1 / [(1/10,64) + (1/150)] = 9, 95Ω, menor de los 10Ω de los que iniciamos.
Solo queda realizar la comprobación de que se entendió. Se planteara un ejercicio para que sea realizado:
Calcular el número de picas que se necesitan, para un edificio de viviendas sobre un terreno de arenas arcillosas, de resistividad ρ = 300 Ωxm. El largo del conductor de cobre que será enterrado que se plantea es de 55m.
Resultado: 2 picas.
Para concluir, dejaremos claro que la puesta a tierra y el valor de la resistencia a tierra, se tiene que comprobar por los técnicos, cada después de un tiempo, es posible que cambien de valores.
Cada país tiene un reglamento Eléctrico el cual se debe leer.
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