Sistemas de Puesta a Tierra y Protección contra Sobretensiones en Instalaciones Eléctricas

Puesta a Tierra

La puesta a tierra se refiere a la conexión física de un equipo a tierra a través de un conductor. La tierra se considera un buen conductor y, por esta razón, se toma como punto de referencia con un potencial de cero. En síntesis, los sistemas de puesta a tierra nos protegen de sobretensiones para garantizar la protección del personal y de los equipos, además de fijar un potencial de referencia único a todos los elementos de la instalación.

Para cumplir con esto, las redes de tierra deben tener dos características principales:

• Construir una tierra única equipotencial.
• Tener un bajo valor de resistencia.

Sobretensiones

Las sobretensiones son un incremento de voltaje de corta duración entre dos conductores (dos fases o entre fase y neutro). Las principales causas de sobretensión son las siguientes:

Causas Externas

• Descargas eléctricas: Los efectos de un rayo pueden ser ocasionados por un impacto directo o por causas indirectas.
• Conmutaciones de las empresas de energía: Estas operaciones, que son normales en todo sistema de distribución de energía, pueden causar sobrevoltaje. Son más frecuentes en distribuciones largas y aéreas.
• Contacto con sistemas de alto voltaje: Sucede cuando se rompe una línea de alta tensión y toma contacto con conductores de baja tensión o cuando falla el aislamiento de un transformador.

Causas Internas

• Fallas de línea a tierra: Sucede cuando una fase del sistema se pone a tierra. Su importancia dependerá de la forma de conexión del neutro.
• Pulsos de conexión y desconexión de cargas: Estas operaciones normales en todo sistema pueden causar sobrevoltajes. Generalmente, son menores que tres veces el voltaje nominal y de corta duración.

Formas de Conexión de Neutro

• Neutro aislado (sistema IT): En este caso, el neutro está aislado de tierra o puede estar conectado a tierra por medio de una impedancia de alto valor.
• Neutro a Tierra en el transformador (Sistema TT): En este caso, el neutro está a tierra solo en el transformador, mientras que la instalación de puesta a tierra tiene un punto de referencia a tierra no conectado al neutro.
• Neutro y Tierra en el transformador (sistema TNS): En este caso, el neutro y la instalación de puesta a tierra se conectan en el centro de estrella del transformador y de ahí se conecta rígidamente a tierra.

En general, adoptamos los sistemas TT o TNS por las siguientes razones:

• Limitar la diferencia de potencial eléctrico entre todos los objetos conductores aislados.
• Separar los equipos y circuitos que fallan cuando se produce la misma.
• Limitar los sobrevoltajes que aparecen en el sistema en diferentes condiciones.

Principios de Protección contra Sobretensiones Externas e Internas

Para proteger la instalación de forma general, debemos realizar lo siguiente:

• Realizar una Red Externa para evacuar la energía proveniente del rayo o de la sobretensión hacia la tierra.
• Realizar una Red Interna para que, en el caso de ingreso de alguna sobretensión, no exista diferencia de potencial entre un equipo y otro o entre partes de un mismo equipo.
• Instalar Protecciones adecuadas en cada ingreso de conductores metálicos a la planta.

En síntesis, las protecciones detectan las sobretensiones y las conducen mediante la Red Interna a la Red Externa para su evacuación.

Red Externa

Deberá contar con una tierra unificada donde se vincularán: la cámara de pararrayos con la cámara de edificación, mientras que la cámara de energía lo hará con el punto más cercano del anillo perimetral y, de esta manera, quedará todo unificado. Esto significa que no existirán "Tierras Independientes".

Red Interna

Los objetivos básicos que se buscan son los siguientes:

• Asegurar que las personas en el lugar estén libres de riesgos de choques eléctricos de voltaje peligroso.
• Suministrar capacidades de conducción de corriente, tanto en magnitud como en duración adecuada, para aceptar la corriente de falla a tierra que permite el sistema de protección.

Para construir una Red Interna, se parte de una reja principal de distribución que se conecta a la Red Externa y desde la cual se vincula en forma independiente, mediante cables de cobre unipolar aislado en PVC, a una serie de equipos como: bornes, estructuras y cañerías.

Protecciones

Pararrayos: Proporciona un camino de menor resistencia que el aire hacia tierra.

• Tipos: Franklin, piezoeléctrico o iónico.
• Ubicación: Parte más elevada de las instalaciones o estructura específica para tal fin.
• Cantidad: Depende de las superficies y alturas a proteger.

Protección por transmisión: Cable coaxial o guía de onda, que vincula la antena con el equipo de radio. Existen dos tipos de protecciones: una que protege el kit de tierra y otra que protege el protector coaxial y se instala interrumpiendo el conductor.

Protección por energía: Este tipo es para proteger equipos que funcionen con corriente alterna (C.A.) contra descargas directas e indirectas. Existen dos tipos que actúan sobre cada fase y neutro: una que se llama descargadores autovalvulares y se utiliza para sobretensiones de larga duración, y otra dentro del tablero de C.A. que se utiliza principalmente para todo tipo de sobretensiones.

Protección por cables telefónicos: Sirve para proteger los equipos que se vinculan a conductores telefónicos contra descargas directas o indirectas. Se utiliza en un circuito normal de cables telefónicos, tanto de ingreso como de egreso.