PUESTA A TIERRA

La ley establece que todos los edificios que se construyan y sus viviendas deben tener una instalación de puesta a tierra o toma de tierra (T.T.).

Veremos qué es la puesta a tierra, los aparatos y elementos que se conectan a la puesta a tierra, su objetivo, los componentes de la instalación a tierra, su calculo y dimensionado.

Indice de Contenidos:

- Objeto de la Puesta a Tierra
- ¿Qué es la Puesta a Tierra?
- ¿Qué se conecta a la Puesta a Tierra?
- Justificación de la TT
- La toma de tierra y el diferencial
- Componentes de la Instalación de Puesta a Tierra
- Secciones en la Instalación de Toma de Tierra
- Cálculo de la Toma de Tierra

Objeto de la Puesta a Tierra

El objeto de la puesta a tierra de las masas de los receptores es garantizar la seguridad de las personas ante contactos indirectos.

Las puestas a tierra se establecen principalmente con objeto de limitar la tensión que, con respecto a tierra, puedan presentar en un momento dado las masas metálicas, asegurar la actuación de las protecciones y eliminar o disminuir el riesgo que supone una avería en los materiales eléctricos utilizados.

Pero...

¿Qué es la Puesta a Tierra?

Vamos a dar una definición, mejor dicho, primero daremos una explicación de lo que es, que sea fácil de entender por todos y luego daremos la definición técnicamente correcta.

La puesta a tierra es una instalación de cables de protección que van desde cada uno de los enchufes de la instalación, donde se conectarán aparatos eléctricos con partes metálicas como por ejemplo la lavadora, hasta la tierra (el terreno).

Su misión es que si hay una corriente de fuga, en lugar de quedarse en la parte metálica del aparato conectado al enchufe, esta corriente se derive al terreno por estos cables o instalación llamada "Instalación de Toma de Tierra".

En el terreno habrá clavado o enterrado un "electrodo" o "Pica" en contacto directo siempre con el terreno.

Todos los cables de la instalación de la puesta a tierra estarán unidos mediante la instalación de la puesta a tierra y directamente con esta pica o electrodo.

Pica = Barra Metálica.
Electrodo = Cable desnudo en forma de Malla o Anillo metálico de cable desnudo, es decir sin aislante.



La instalación permitirá el paso a tierra de las corrientes de defecto (fugas) o las de descarga de origen atmosférico peligrosas directamente al terreno por los cables de protección a través de la pica o electrodo.

Al conjunto de toda la instalación es a lo que se le llama "Puesta a Tierra".

Técnicamente la definición y según el REBT (reglamento electrotécnica de baja tensión) la puesta o conexión a tierra es la unión eléctrica directa, sin fusibles ni protección alguna, de una parte del circuito eléctrico o de una parte conductora no perteneciente al mismo mediante una toma de tierra con un electrodo o grupos de electrodos enterrados en el suelo.

Ver Reglamente Electrotécnico de Baja Tensión (REBT) en la Instrucción Técnica ITC-BT 018.

*La unión eléctrica = cables de la instalación de toma de tierra.

* Parte del circuito eléctrico = enchufes 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.

Mediante la instalación de puesta a tierra se deberá conseguir que en el conjunto de instalaciones, edificios y superficie próxima del terreno no aparezcan diferencias de potencial peligrosas y que, al mismo tiempo, permita el paso a tierra de las corrientes de defecto (fugas) o las de descarga de origen atmosférico.

En la siguiente imagen podemos ver un esquema de un sistema de conexión a tierra.

¿Qué se Conecta a la Puesta a Tierra?

En los edificios, se conectarán a la puesta a tierra :

- La instalación de pararrayos.

- La instalación de antena colectiva de TV y FM.

- Los enchufes eléctricos y las masas metálicas comprendidas en los aseos y baños.

- Las instalaciones de fontanería, gas y calefacción, depósitos, calderas, guías de aparatos elevadores y en general todas las tuberías metálicas y elementos metálicos importantes.

- Las estructuras metálicas y armaduras de muros y soportes de hormigón.

- Todos los aparatos eléctricos con carcasa metálicas como la lavadora, el lavavajillas o el microondas deben conectarse a la puesta a tierra a través de los enchufes del local o vivienda.

¿Cómo se conecta a tierra un electrodoméstico con carcasa metálica a través de un enchufe?

Cuando conectamos un aparato eléctrico a un enchufe, su clavija de conexión tiene 3 cables incluido un cable de toma de tierra de color verde-amarillo que va conectado con la carcasa del electrodoméstico por medio de un tornillo.

De esta forma, al conectar la clavija con el enchufe se conectará directamente su carcasa metálica con la instalación de toma de tierra del edificio (ver imagen de más abajo).

Tenemos la carcasa metálica del aparato unida directamente con la instalación de puesta a tierra. Esto es muy importante, luego veremos por qué.




En definitiva la puesta a tierra es un sistemas de conexión eléctrica a tierra que desvía las corrientes eléctricas potencialmente peligrosas.

Estas corrientes peligrosas para las personas, de la que nos tiene que proteger la puesta a tierra pueden darse en dos casos, por contactos indirectos o por corrientes estáticas almacenadas.

Los dos casos se consideran contactos indirectos, hay tensión donde no debería de tener, pero expliquemos estos dos casos un poco mejor.

Justificación de la Instalación de la TT

Cuando se trata de un circuito eléctrico normal, la corriente se desplaza (entra) por el conductor de la fase hasta un receptor eléctrico, por ejemplo una lámpara, y regresa por otro cable llamado neutro.

Los mismos amperios que entran salen, no hay pérdidas por fuga de corriente.

Si durante el recorrido, el conductor se encuentra dañado en su aislamiento (por ejemplo un cable pelado) y contacta con la carcasa metálica de un aparato.

Por ejemplo, de un microondas o una lavadora, la corriente del cable puede desviarse por la carcasa o lo que es lo mismo, la carcasa pasa a estar bajo tensión.

Si alguien la toca, ofrece a la corriente el camino más corto y con menos resistencia para desviarse, produciéndose una descarga a través de la personas.



Estos tipos de contactos de cables pelados en mal estado que derivan corriente a partes metálicas, como una carcasa del microondas, se llaman contactos indirectos, pasa corriente por donde no debería de pasar.

Otro caso puede ser que alguna carcasa metálica de algún aparato almacene carga eléctrica estática, por ejemplo por simple rozamiento con el aire.

En este caso también si la toca una persona sufrirá una descarga a través de su cuerpo. Lo que se conoce coloquialmente como un calambrazo.

El conjunto de partes metálicas de un aparato eléctrico que en condiciones normales están aisladas de las partes activas (con corriente o tensión), se llaman "masa".

Los conductores de toma de tierra en el interior de una vivienda o local es un cable (verde-amarillo) que une directamente las partes metálicas de los aparato a la tierra (al terreno).

En caso de fuga de corriente o almacenamiento de carga estática, la corriente saldrá por el cable de toma de tierra directamente al terreno nada más que se produzca esa corriente de fuga o estática.

La Toma de Tierra y el Diferencial

Cuando sucede esto, fuga o corriente estática por carcasa metálica, la corriente que entra por la fase será distinta a la que sale por el neutro ya que parte de la corriente se deriva (se fuga) al terreno por la instalación de la puesta a tierra.

Esta diferencia entre la corriente de entrada y salida lo detectará un aparato llamado "Diferencial".

Aparato que detecta si hay diferencia entre la corriente que entra y sale por el circuito.

Si hay diferencia corta la corriente de todo el circuito.

El Diferencial de Luz nada más que detecte esta desviación de corriente cortará la corriente en toda la instalación.

Ahora cuando tenemos un contacto directo o corriente estática en la carcasa, antes de tocarla una persona se cortará la corriente en la instalación (saltará el diferencial) protegiéndonos de las corrientes potencialmente peligrosa que podrían descargarse a través de nuestro cuerpo por culpa de esa fuga o corriente estática, como ya explicamos.

Antes de volver activar el diferencial debemos averiguar donde está la avería.

¡OJO! según lo explicado la puesta a tierra nunca tendrá ni fusibles ni cualquier otro elemento que pueda cortar en algún momento la corriente de fuga o estática.

Siempre debe unirse los cable de tierra directamente al terreno.

El diferencial está unido al neutro y a la fase para detectar la diferencia de corriente de entrada y salida, pero nunca a los cables de toma de tierra.

Como puedes comprobar el diferencial y la toma de tierra están íntimamente ligados en la protección de las personas en una instalación eléctrica.

La toma de tierra desvía la corriente de fuga y el diferencial lo detecta cortando la corriente para proteger a las personas de estar expuestas a esta corriente de fuga.

Componente de la Instalación de Puesta a Tierra

Cualquier instalación de puesta a tierra constará de las siguientes partes:

- Electrodo de tierra, Pica o Toma de Tierra: elemento metálico o conjunto de conductores interconectados, empotradas en el suelo (enterrados) y en contacto eléctrico con el mismo (o empotradas en hormigón que esté en contacto con la tierra en una gran superficie) encargados de canalizar las corrientes de fuga que procedan de la instalación o de descargas eléctricas.

A estos conjunto de conductores conectados (malla o anillo) pueden acompañarle picas o barras metálicas clavadas en el suelo.

- Línea de Enlace con Tierra: Del borne principal de tierra saldrá el conductor de tierra o línea de enlace con tierra (LET), que enlazará con el anillo o los electrodos de puesta a tierra.

- Borne Principal de Puesta a Tierra: En un edificio principalmente de viviendas, el borne principal de tierra es una barra metálica, sujeta a la pared o suelo mediante tornillos o garras, a la que se conectan el resto de conductores de la instalación de puesta a tierra mediante bornes y que va situado en la caja de contadores.

Puede tener bornes de puesta a tierra secundario formando puntos de unión entre los conductores de toma de tierra y la toma de tierra o borne principal de puesta a tierra.

A estos bornes se conectarán las canalizaciones metálicas de agua, gas, depósitos de gasoil, antenas de TV y todas las masas metálicas del edificio.

- Línea principal de tierra y derivaciones: La línea principal de tierra, así como sus derivaciones (líneas secundarias) y los con- ductores de protección (circuitos interiores) cumplen la función de unir las masas con la puesta a tierra del edificio.

- Conductores de Protección: Los conductores de protección sirven para unir eléctricamente las masas de una instalación a ciertos elementos con el fin de asegurar la protección contra los contactos indirectos.

En el circuito de puesta a tierra, los conductores de protección unirán las masas (enchufes) a la línea de enlace o principal de tierra. Serán de color verde-amarillo.

Son los conductores interiores de los locales y viviendas.



Aquí tienes un esquema más completo:

Secciones Instalación de Toma de Tierra

La sección de los cables de tierra vienen especificadas en las Instrucciones Técnicas del Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (REBT).

En el dibujo anterior puedes ver que para la LET la ITC-BT 18 en la tabla 1 y para la LPT la ITC-BT 26 en su pto 3.4.

Para los conductores de protección del interior del local o vivienda la secciones son las de la tabla 2 del punto 3.4 de la ITC-BT 18 .

En edificios de viviendas, la línea principal de tierra irá por la misma canalización que la línea general de alimentación (LGA), y será de Cu sección mínima 16 mm2 si las fases son de sección menor de 35 mm2, y para valores mayores de sección de fase, serán la mitad de dicho valor, según la tabla 3 (tabla 2 de la ITC-BT-18).

En los edificios de nueva construcción, antes de hormigonar, en el fondo de las zanjas de cimentación se instalará un cable de cobre desnudo formando un anillo cerrado que cubra todo el perímetro del edificio.

A este anillo se conectará la estructura metálica del edificio.

Las uniones se harán mediante soldadura aluminotérmica o autógena de forma que se asegure su fiabilidad.

Las tomas de tierra estarán enterradas como mínimo 0,5 m aunque se recomienda que el conductor esté enterrado al menos 0,8 m.

El anillo será de cobre desnudo y de sección mínima de 25 mm2, aunque lo más habitual es que sea de 50 mm2.

Si fuera necesario para reducir la resistencia a tierra del anillo, al anillo se conectarán electrodos formados por picas o placas verticalmente hincados en el terreno.

El electrodo más habitual son las picas de 2 metros de longitud.

El número de picas unidas al anillo conductor dependerá de la resistencia que tenga el anillo.

Se pondrán tantas picas como sea necesario para que la resistencia a tierra sea menor de la establecida por el REBT.

Si son necesarias 2 picas conectadas en paralelo con el fin de conseguir una resistencia de tierra admisible, la separación entre ellas es recomendable que sea igual por lo menos, a la longitud enterrada de las mismas.

Si son necesarias varias picas conectadas en paralelo, la separación ente ellas deberá ser mayor que en el caso anterior.

A continuación veremos su calculo.

Cálculo de la Toma de Tierra

Este valor de resistencia de tierra será tal que cualquier masa no pueda dar lugar a tensiones de contacto superiores a:

- 24 V en local o emplazamiento conductor
- 50 V en los demás casos.

Estos Valores vienen especificados en el Reglamente Electrotécnico de Baja Tensión (REBT) en la Instrucción Técnica ITC-BT 018.

Pero...

¿De qué valor tiene que ser la resistencia de la toma de tierra para que se cumpla lo anteriores voltajes en una instalación o circuito?.

Pues eso depende del valor del diferencial.

Por ejemplo, en las viviendas se utilizan diferenciales de 30mA (miliamperios) de sensibilidad, lo que quiere decir que cuando la corriente de fuga es de 0,03A (30mA) o mayor, el diferencial salta cortando la instalación.

Recuerda la ley de ohm V = I x R; donde si despejamos la R tenemos; R = V/I.

Para una instalación de toma de tierra con un diferencial de 30mA, la tensión máxima que puede tener es 24V, y la corriente máxima que puede circular por ella es 0,03A ya que es la intensidad de fuga que cortará el diferencial.

Entonces el valor de la Resistencia a Tierra para este diferencial será:

Rtierra = 24/0,03 = 800 ohmios.

Ahora tendremos que dimensionar nuestra toma de tierra para que el valor de la resistencia total de la instalación de la toma de tierra sea como máximo de 800 ohmios, en caso contrario no cumpliría los 24V establecidos por el REBT.

Como puedes ver para determinar las resistencias de tierra admisibles sólo hay que aplicar la ley de Ohm:



En la siguiente tabla se indican los valores admisibles calculados en función de las distintas opciones, siendo emplazamientos conductores las instalaciones a la intemperie, los locales mojados o húmedos, tintorerías, etc.

Tabla Resistencias de tierra máximas admisibles en función del emplazamiento y de los diferenciales usados.


El reglamento establece una salvedad para estos valores en las instalaciones de alumbrado exterior:

“la resistencia de puesta a tierra, medida en la puesta en servicio de la instalación, será como máximo de 30 Ω (para diferenciales de 300 mA).

No obstante, se admitirán interruptores diferenciales de intensidad máxima de 500 mA o 1 A, siempre que la resistencia de puesta a tierra medida en la puesta en servicio de la instalación sea inferior o igual a 5 Ω y a 1 Ω respectivamente”.

Los valores de las resistencias máximas de tierra que establece el reglamento (los de la tabla anterior) son muy elevados, por lo que se suele tomar un valor máximo de 10 ohmios a la hora de calcular y dimensionar una instalación de toma de tierra.

¿Por qué?

Pues porque el Reglamento regulador de las infraestructuras comunes de telecomunicaciones para el acceso a los servicios de telecomunicación en el interior de los edificios, establece una resistencia a tierra máxima de 10Ω.

Por tanto, será éste el valor que tomaremos de referencia.

Ahora que ya tenemos los valores que debe tener nuestra instalación de puesta a tierra, ahora solo nos queda diseñarla y calcular dimensiones de la malla y número de picas para que cumple que su resistencia máxima sea de 10Ω.

Veamos como se hace mediante un ejemplo.

Tenemos un edificio de viviendas con las siguientes características:

- Edificio de viviendas.

- Toma de tierra formada por un conductor de cobre enterrado (anillo de cable) y picas de 2 m. de longitud.

Este tipo de instalación es la más habitual hacer en todos los sitios (Malla + Picas), a no ser que con la malla sea suficiente.

- Terreno: calizas compactadas con una resistividad, ρ = 1500 Ωxm.

- Planta de cimentación según el esquema siguiente:



- La longitud del conductor de cobre enterrado o anillo es de 282 m. (En el esquema de la cimentación, el conductor aparece a líneas discontinuas en rojo)

Queremos calcular el número de picas de 2 m. de longitud necesarias para que la resistencia a tierra sea máximo de 10 ohmios.

En primer lugar tenemos que tener en cuenta que el conjunto de picas y el anillo están siempre en paralelo respecto de tierra, por tanto se cumple que:


R total de la toma tierra = 1 [(1/Rc) + (1/Rp)]

Limitaremos la resistencia a tierra a 10Ω, según se ha explicado en el apartado anterior.

Luego Rt = 10Ω

Para calcular la resistencia de la malla o anillo y de las picas debemos utilizar las siguientes fórmulas:



Como el anillo es un conductor enterrado horizontalmente, su resistencia será según la tercera fórmula:

Ranillo = (2 x 1.500) / 282 = 10,64Ω

¿Es menor de los 10Ω de los que partimos?

Si lo fuera con la malla sería suficiente, pero como no es el caso tenemos que calcular el número de picas de 2m que tenemos que colocar para bajar la resistencia total de la instalación de tierra y que sea menor de 10Ω.

Utilizando la fórmula de las resistencias en paralelo:

1/10 = 1/10,64 + 1/ Rp ------> Rp = 166,67Ω.

Este será el valor de la resistencia del total de picas instaladas.

A partir de ese valor, se puede obtener el número de picas (de 2 m. cada una) despejándolo de la 2ª fórmula de las anteriores (resistencia para pica vertical)

Cuando en lugar de una pica tenemos varias ("n" número de picas) la fórmula de la resistencia de todas las picas es:

Resistencia de las picas = r /n x L

Donde r es la resistividad del terreno en ohmiosxmetro, n el número de picas y L la longitud de las picas.

El Nº de picas se pone en la parte de abajo de la fórmula porque están en paralelo.

Rp = ρ / (Nº Picas x L) = 1500/(Nºpicas x 2m) = 166,67Ω.

Nºpicas = 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

Calculemos finalmente la resistencia total a tierra con la malla y las 5 picas para comprobar que es menor de los 10Ω:

Rtotal toma tierra = 1 / [ ( 1/10,64) + (1/150)] = 9, 95Ω, menor de los 10Ω de los que partimos.

Ahora comprobemos si lo entendiste.

Te planteamos un ejercicio para que lo hagas tu solo:

Ejercicio: Calcula el número de picas necesario para un edificio de viviendas sobre un terreno de arenas arcillosas de resistividad, ρ = 300 Ωxm. La longitud del conductor de cobre enterrado que planteamos es de 55 m.

Solución al ejercicio planteado: 2 picas.

Para acabar diremos que la puesta a tierra y los valores de la resistencia a tierra deben comprobarse por personal técnico cada cierto tiempo, ya que pueden cambiar los valores.

Las normas concretas y específicas de las puestas a tierra deben de leerse en los respectivos Reglamentos Eléctricos de cada País.

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