Implementación y Diseño de Sistemas de Puesta a Tierra (PAT) en Instalaciones Eléctricas

Fundamentos y Requisitos de la Puesta a Tierra (PAT)

La Puesta a Tierra (PAT) es un elemento crucial en la seguridad y operatividad de las instalaciones eléctricas.

Definición de Puesta a Tierra

• Según MIE RAT 01: Conjunto formado por electrodos y líneas de una instalación eléctrica.
• Según MIE RAT 13: Instalación de PAT constituida por uno o varios electrodos enterrados y por las líneas de tierra que se conectan a dichos electrodos.

Funciones Principales

• Formar la derivación de baja impedancia al terreno.
• Evitar que aparezcan diferencias de potencial peligrosas para las personas.

Objetivos del Sistema de PAT

• Seguridad de personas.
• Protección de instalaciones.
• Mejora de la calidad del servicio.
• Establecimiento de un potencial de referencia.

Factores Determinantes del Sistema de PAT

• Características de la corriente.
• Características del terreno.
• Distribución de resistividades.
• Características físicas y geométricas del electrodo.

Consideraciones sobre el Terreno

Para un diseño efectivo, se debe tener en cuenta:

• Resistividad del terreno.
• Constitución del terreno.
• Naturaleza del terreno (humedad, temperatura, salinidad, estratigrafía, variaciones estacionales).

Requisitos de Cumplimiento del Sistema de PAT

El sistema de puesta a tierra debe:

• Resistir esfuerzos mecánicos y corrosivos.
• Resistir la corriente de falta más elevada que la calculada.
• Garantizar la seguridad de las personas.
• Proteger de daños a propiedades y equipos.

Nota: El diseño del sistema de PAT depende del método de puesta a tierra del neutro a la red.

Componentes y Dimensionamiento de la PAT

Materiales y Tipos de Electrodos

• Electrodos horizontales: Varillas, barras o cables enterrados y dispuestos de forma mallada. Se entierran generalmente entre 0.5 y 1 metro de profundidad.
• Picas de tierra verticales o inclinadas: Tubos, barras u otros perfiles.

Secciones Mínimas y Reales de PAT

Secciones Mínimas (Reglamentarias)

• Cobre: 25 mm²
• Aluminio: 35 mm²
• Acero: 50 mm²

Secciones Reales (Cálculo)

La sección real debe ser capaz de drenar toda la intensidad de cortocircuito a tierra. Se consideran dos tipos de intensidades:

1. Intensidades provocadas por rayo.
2. Intensidades de cortocircuito de la línea de suministro de Alta Tensión (AT) o subestación.

Riesgos y Tipos de Tierra

Riesgos Asociados a una PAT Deficiente

• Elevada magnitud de la corriente de falta.
• Resistencia del sistema de PAT insuficiente.
• Resistividad del suelo insuficiente.
• Mala distribución de las corrientes de paso a tierra.
• Presencia de un contacto que cree un puente entre puntos de diferente potencial.

Clasificación de Tipos de Tierra

• Tierra de Protección o Tierra General

  Se utiliza para prevenir accidentes personales. Se conecta a todos los elementos metálicos no conductores de servicio: armarios, estructuras metálicas, transformadores de medida, etc.

• Tierra de Servicio (Neutro)

  Se realiza con un conector de tierra aislado. En un transformador reductor, el neutro del secundario o Baja Tensión (BT) se conecta a tierra en un punto distante (a más de 15 metros) de la conexión de tierra general. Esta conexión se realiza a través de un cable o conducción aislada hasta el punto de conexión.

Escenarios de Aplicación de la PAT

1. PAT en Edificios Residenciales

Electrodos y Anillas de PAT

Antes de la construcción del edificio, en el fondo de la zanja, se instalará un anillo de cobre desnudo que cubra el perímetro del edificio. A este anillo se conectará la estructura metálica del edificio.

• Las uniones se realizan mediante soldadura aluminotérmica.
• El conductor debe estar enterrado al menos a 0.8 metros.
• Los bornes o puntos de PAT se ubican en el local de centralización de contadores, o en la base de la estructura del ascensor, o en el punto donde esté el Cuadro General de Protección (CGP).

2. PAT en Centros de Transformación (CT)

Ubicaciones Posibles

• CT en edificios de viviendas.
• Industrias con CT propio.
• Colegios u hospitales.

Tipos de Tierras en un CT

En un CT pueden coexistir tres tipos de tierras:

1. Tierra de Servicio (CT con neutro a tierra).
2. Tierra de Protección del CT.
3. Tierra de Protección del edificio.

3. PAT en Subestaciones

El sistema de PAT en subestaciones se realiza mediante:

1. Malla de Tierra

• Formada por una red de cobre desnudo y soldado aluminotérmicamente en los nudos.
• Estará enterrada mínimo a 50 cm.
• La sección típica oscila entre 120 mm² y 190 mm².

2. Electrodo Profundo

• Pica de cobre o acero unida a un conductor de cobre desnudo de gran longitud.
• Utilizado en terrenos con alta presencia de roca.

Nota: El suelo de la subestación se rellena con grava para aumentar la resistencia superficial y mejorar la seguridad ante tensiones de paso.