Sistemas de Puesta a Tierra: Tipos, Esquemas de Conexión y Cálculo

Sistemas de Puesta a Tierra (PAT)

Clasificación

• PAT de referencia: Brinda un potencial constante, que sirve como referencia a tierra para diversos equipos.
• PAT de pararrayos: Drena a tierra las sobretensiones originadas por descargas atmosféricas (rayos).
• PAT de seguridad: Es la más importante en las instalaciones eléctricas, ya que deriva las corrientes de fallas peligrosas para la integridad física de las personas, los bienes materiales y los animales domésticos.
• PAT de servicio: Mantiene a potencial de tierra alguna parte de los circuitos que conforman la red de alimentación, como los centros de estrella de generadores y transformadores.

Esquemas de Conexiones a Tierra (ECT)

Las configuraciones usuales de las redes trifásicas se describen con letras identificativas, de acuerdo con el siguiente esquema:

• Primera letra: Condiciones de PAT de la fuente de alimentación

  • T: PAT directa de un punto de la red.
  • I (i): Aislamiento de todas las partes activas con respecto a tierra o PAT de un punto de la red a través de una impedancia.

• Segunda letra: Condiciones de PAT de las masas en las instalaciones eléctricas (PAT de seguridad)

  • T: Masas PAT directamente independiente de la fuente de energía.
  • N: Masas unidas directamente a la PAT funcional.

• Tercera letra: Disposiciones de los conductores equipotenciadores de tierra (PE) y neutro (Válida para el sistema TN)

  • S: Conductores separados para el PE y el neutro.
  • C: Conductor único con funciones de protección y de neutro denominado conductor PEN.

Esquema de conexión TT

El sistema TT es el usado en Argentina para la distribución en baja tensión de las compañías distribuidoras. Se tiene una PAT de servicio conectada rígidamente a tierra, de la cual se toma el conductor neutro. Los centros de estrella de los transformadores de distribución están conectados al neutro y a su vez a la PAT en forma rígida en ese único punto. Los lógicos desequilibrios y problemas derivados de circulación de corriente por tercera armónica hacen que el conductor neutro posea a lo largo de su recorrido, un mayor potencial respecto a tierra y, se puede dar en varios casos, tener una tensión superior a la máxima tensión de contacto admisible de 24 V. Por este motivo no se utiliza el conductor neutro como PE, debido a que no existe ninguna seguridad de que su potencial sea inferior a 24 V.

El PE es provisto por el usuario derivándolo de su PAT de seguridad. Cabe destacar que ambas PAT (de servicio Rb, y de seguridad Ra) deben ser independientes, es decir, no debe existir influencia mutua entre las mismas, lo cual se logra con una distancia de separación entre ambas PAT mayor o igual a 10 veces el radio equivalente de la jabalina de mayor longitud.

El radio equivalente Re es una distancia que indica una zona de influencia electromagnética del electrodo de PAT.

En casos de defectos a tierra, no deben establecerse tensiones de contacto peligrosas en las masas de PAT, pues deberá cumplirse según lo establecido por normas IRAM 2281: Vc menor o igual a 24 volt en ambientes secos y menor o igual a 12 volt en ambientes húmedos.

• Ra: Suma de las resistencias de los electrodos de PAT y de las resistencias de los conductores de PE de las masas.
• Id: Intensidad de corriente que asegura el funcionamiento automático de los dispositivos de protección.

Esquema de conexión TN-S

En los esquemas TN un defecto franco entre un conductor de línea y masa produce una corriente de cortocircuito. El lazo de falla está constituido exclusivamente por conductores activos y conductores PE. No hay recorrido por tierra.

Debido a la elevada corriente de falla que se pueden producir en los esquemas TN-S, entre un conductor de línea y otro de PE, o una masa, debe verificarse la adecuada actuación de los disyuntores diferenciales debida a su limitada capacidad de ruptura.

Esquema de conexión TN-C

En la figura se muestra el lazo de falla en un sistema TN-C. Al igual que en un sistema TN-S se presenta una corriente de falla elevada, sin paso alguno por la PAT.

Conductores horizontales enterrados

Si bien es posible utilizar barras, cables, conductores macizos a igual sección, es preferible un conductor macizo a un cable, pues los hilos que lo constituyen siempre se destruyen antes que los conductores de alma llena, por lo que no se utilizan los cables flexibles multifilares.

Redes malladas de conductores enterrados

Con el fin de asegurar la suficiente resistencia mecánica, una malla típica se puede componer de n cables de cobre, desnudos, de 95 mm² de sección enterrados a una profundidad comprendida entre 0,40 y 1 metro y manteniendo una separación de conductores de entre 2 a 6 metros.

Técnicas para reducir los valores de PAT

Para lograr obtener bajos valores de resistencia de tierra se debe aplicar varios o uno de los procedimientos que se dan a continuación:

• Alargar el electrodo de tierra.
• Utilizar picas o jabalinas múltiples.
• Realizar tratamientos del suelo.

Problemas de ejemplo

• Sabiendo que un terreno tiene una resistividad de 300 Ohm*metro, ¿cuántas jabalinas serán necesarias colocar en paralelo para tener una resistencia de tierra menor o igual a 15 ohm?
• Si la resistividad es de 80 Ohm*metro, ¿qué cantidad de jabalinas serán necesarias para que la resistencia a tierra sea menor o igual a 5 ohm?