Puesta a Tierra en Instalaciones Eléctricas: Fundamentos y Aplicaciones Esenciales

Puesta a Tierra: Conceptos Fundamentales y Aplicaciones

Definición de Puesta a Tierra

Según la MIE RAT 01, la puesta a tierra es el conjunto formado por los electrodos y las líneas de tierra de una instalación eléctrica. Complementariamente, la MIE RAT 13 establece que las instalaciones de puesta a tierra (PAT) estarán constituidas por uno o varios electrodos enterrados y por las líneas de tierra que conectan dichos electrodos.

Funciones de la Puesta a Tierra

La puesta a tierra cumple funciones cruciales en la seguridad y el funcionamiento de las instalaciones eléctricas:

• Formar una derivación de baja impedancia hacia el terreno para las corrientes de cualquier naturaleza que se puedan originar.
• Evitar que, en situaciones de falla, aparezcan diferencias de potencial peligrosas para las personas en el conjunto de las instalaciones, edificios y la superficie próxima al terreno.

Objetivos Principales de la Puesta a Tierra

Los objetivos fundamentales de un sistema de puesta a tierra son:

• Limitar la diferencia de potencial que pueda presentarse entre estructuras metálicas y tierra.
• Posibilitar la detección de defectos a tierra.
• Asegurar la actuación y coordinación de las protecciones.
• Reducir las sobretensiones internas y externas que pueden generarse.

Objetivos Específicos de la PAT

Además de los objetivos generales, la puesta a tierra busca específicamente:

• Garantizar la seguridad de las personas.
• Proteger las instalaciones.
• Mejorar la calidad del servicio eléctrico.
• Establecer un potencial de referencia.

Factores Determinantes en el Diseño de un Sistema de Puesta a Tierra

El diseño y la eficacia de un sistema de puesta a tierra dependen de varios factores clave:

• Características de la corriente que circula a través del sistema:
  • Tiempo de duración.
  • Forma de la corriente (frecuencia).
  • Magnitud (tensión, intensidad).
• Características del terreno:
  • Resistividad: Resistencia que presenta al paso de la corriente un cubo de un metro de arista.
  • Estratigrafía del terreno.
  • Distribución de las resistividades.
• Características físicas y geométricas del electrodo:
  • Dimensiones de los conductores.
  • Área.
  • Profundidad.
  • Forma (varillas, mallas, etc.).

Cálculo y Diseño de Instalaciones de Puesta a Tierra

Consideraciones Clave para el Cálculo:

Para un cálculo y diseño precisos, se deben tener en cuenta:

• La resistividad del terreno.
• La constitución y naturaleza del terreno, incluyendo:
  • Humedad: Al aumentar la humedad, disminuye la resistividad y viceversa.
  • Temperatura: A temperaturas inferiores a 0ºC, la resistividad aumenta considerablemente.
  • Estratigrafía del terreno.
  • Salinidad del terreno.
  • Variaciones estacionales.

Requisitos Esenciales de un Sistema de Puesta a Tierra

Un sistema de puesta a tierra debe cumplir con los siguientes requisitos fundamentales:

• Resistir esfuerzos mecánicos y a la corrosión.
• Soportar la corriente de falta más elevada determinada en el cálculo.
• Garantizar la seguridad de las personas respecto a las tensiones que aparezcan durante una falta a tierra.
• Proteger de daños a propiedades y equipos.

Dependencia del Método de Puesta a Tierra

La configuración y eficacia del sistema de puesta a tierra dependen directamente del método de puesta a tierra del neutro en la red.

Materiales y Tipos de Electrodos de Puesta a Tierra

Los electrodos de puesta a tierra se clasifican principalmente en:

Electrodos Horizontales:

Varillas, barras o cables enterrados y dispuestos de forma radial o mallada (rejilla). Generalmente, se entierran entre 0.5 y 1 metro de profundidad.

Picas de Tierra Verticales o Inclinadas:

Tubos, barras u otros perfiles que se hincan verticalmente o con cierta inclinación en el terreno.

Secciones Mínimas de Conductores de Puesta a Tierra

Las secciones mínimas recomendadas para los conductores de puesta a tierra son:

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

No obstante, siempre se utilizará una sección que garantice el drenaje de la intensidad de cortocircuito a tierra, incluso si es superior a estas mínimas.

Riesgos Asociados a Fallas en la Puesta a Tierra

La falta de un sistema de puesta a tierra adecuado o su mal funcionamiento puede generar diversos riesgos, incluyendo:

• Elevada magnitud de la corriente de falta en relación con el área ocupada por el sistema de PAT.
• Resistencia del sistema de PAT insuficientemente baja.
• Resistividad del suelo y distribución de las corrientes de paso a tierra que permitan la aparición de gradientes de tensión importantes en la superficie del terreno.
• Presencia de un individuo en el lugar, instante y posición tales que esté en contacto con puntos de diferente potencial.
• Suficiente duración de la falta para causar daño a las personas.

Tipos de Puestas a Tierra

Existen principalmente dos tipos de puestas a tierra:

Tierra de Protección o Tierra General:

Se instala para prevenir accidentes personales. A ella se conectan todas las envolventes, armarios, estructuras metálicas y arrollamientos de transformadores de medida.

Tierra de Servicio (Neutro) con Conductor de Tierra Aislado:

En un transformador reductor, el neutro del secundario o de baja tensión (BT) se conecta a tierra en un punto distante más de 15 metros de la conexión de tierra general. La conexión se hará a través de un cable o conducción aislada hasta el punto de conexión.