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Terminología relativa a los sistemas de puesta a tierra



  1. Introducción
  2. Términos
  3. Referencias

INTRODUCCIÓN

¿Por qué es tan difícil entender
los sistemas de puesta a tierra? Una de las razones es que muchas
personas no comprenden claramente las definiciones
correspondientes a sus términos fundamentales. Así
que, hagamos un repaso de un grupo de definiciones
importantes.

El término "tierra" puede ser parecer ambiguo
debido a que, solamente en el ámbito eléctrico,
este puede significar cosas distintas para diferentes personas.
He aquí algunos ejemplos: radiocomunicaciones
(formado por un conjunto de conductores radiales
enterrados)

? Tierra del sistema de distribución
eléctrica

? Borne de conexión a tierra de los
SPDs

? Barra dentro de un panel o adosada a la pared de un
local.

? Borne de conexión en el panel frontal o trasero
de los equipos de prueba y
medición.

? Varilla conductora hincada en el terreno.

A fin de evitar confusiones sobre los sistemas de puesta
a tierra, considerados por muchos como "arte negro", en este
trabajo se da una explicación lo más clara posible
y con base en la teórica de la electricidad de los
términos más usados. Junto a éstos aparecen
sus equivalentes en idioma inglés hablado en
Norteamérica, donde se usa el vocablo "ground" como
tierra. En el inglés hablado en el Reino Unido y otros
países de Europa, para este mismo concepto, se utiliza la
palabra "earth".

TÉRMINOS:

Tierra (Ground): Es el suelo conductor cuyo
potencial eléctrico en cualquier punto se establece, por
convención, igual a cero. Designa tanto a la tierra como
lugar (por ejemplo: masa, chasis, carcasa, armazón,
estructura y tubería de agua) como la tierra como material
(por ejemplo: suelo, humus, arcilla, arena, grava y roca). La
palabra "masa" solo debe utilizarse para aquellos
casos en que la superficie no es el suelo, como sucede en los
aviones, los barcos, los automóviles y otros.

Poner a tierra (Grounded): Conectar intencional o
accidentalmente un equipo o una parte conductora de una
instalación eléctrica (neutro, centro de estrella
de transformadores o generadores, carcasas, incluso una fase para
sistemas en delta, entre otros), con la tierra mediante una
instalación de puesta a tierra.

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Fig. 1 Poner a tierra

Tierra de referencia o remota (Reference or remote
ground):
Es el lugar, espacio o región de tierra,
especialmente la superficie de ésta fuera de la esfera de
influencia de un electrodo de tierra o de una instalación
eléctrica, donde no aparecen tensiones considerables
procedentes de corriente de puesta a tierra entre dos puntos
cualquiera y por convención se le atribuye un potencial
igual a cero. Ver Figura 4.

Tierra de protección contra rayo (Lightning
protection grounding):
Es la parte del sistema externo de
protección contra rayo que tiene la función de
disipar las corrientes de rayo en la tierra.

Electrodo de tierra (Grounding electrode): Es el
conjunto de elementos conductores en contacto íntimo
(comúnmente enterrado) con la suelo de los tipos
artificial (varilla, tubo, placa, cinta, cable, etc.) o natural
(tuberías metálicas soterradas de agua y gas,
etc.), que proporcionan una conexión eléctrica
eficaz con éste o bien un conductor embebido en el
hormigón (electrodo de cimentación) que tiene
contacto con la tierra para dispersar la corriente no deseada en
la suelo circundante a éste.

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Fig. 2 Electrodos artificiales de
tierra

Electrodo natural de tierra (Natural ground
electrode):
Es un componente metálico en contacto con
la tierra o con el agua, directamente o a través del
hormigón, cuya función original no es como
electrodo de tierra pero que actúa como tal (acero de
refuerzo de las cimentaciones de hormigón, tuberías
metálicas, etc.).

Electrodo superficial de tierra (Surface ground
electrode):
Es un electrodo de tierra colocado en el terreno
generalmente a poca profundidad (menor que 1 m). Puede tener
forma redonda (cable o barra) o plana (cinta) y estar dispuesto
en configuraciones radial, anillo o malla o una
combinación de estos.

Electrodo vertical de tierra (Ground rod): Es una
barra generalmente clavada verticalmente a cierta profundidad que
puede ser redonda o tener otro perfil.

Electrodo profundo (Deep electrode): Es un
electrodo de tierra vertical colocado en el interior de un pozo o
perforación de gran profundidad previamente practicada en
el suelo y rellenado con diversos materiales. Por su alto costo
de instalación, primeramente deben explorase otras
alternativas. En estas se incluyen: electrodos verticales y
horizontales, conexión a la cerca perimetral de seguridad,
tratamiento del suelo con materiales de relleno artificial y
irrigación de agua.

Electrodo de tierra de cimentación (Foundation
ground electrode):
Comprende uno o más conductores
embebidos en el hormigón armado de una estructura en
contacto con la tierra en un área extensa. Como el
hormigón es alcalino e higroscópico por naturaleza,
constituye un medio húmedo para crear un drenaje de tierra
extensor y efectivo.

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a) En hormigón no reforzado b)
En hormigón reforzado

Fig. 3 Instalación de
electrodo de tierra de cimentación

Electrodo de tierra de anillo (Ring ground
electrode):
Es un electrodo de tierra por debajo o en la
superficie de la tierra, que se tiende formando un anillo o lazo
cerrado alrededor de la estructura.

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Fig. 4 Electrodo de tierra de
anillo

Electrodo de tierra de control (Control ground
electrode):
Es un electrodo de tierra cuya forma y
disposición sirve más para controlar el potencial
que para mantener un cierto valor de resistencia del electrodo de
tierra.

Instalación de electrodos de tierra
(Grounding):
Es el conjunto de todos los elementos y medios
conductores en contacto con el suelo o una masa metálica
de referencia común que son instalados con el fin de
establecer una conexión eléctrica de baja
resistencia y distribuir las corrientes eléctricas de
falla en éstos. Comprende los electrodos de tierra y sus
interconexiones. También se le conoce como toma de
tierra.

Tipos de conectores de tierra:

a) Mecánica (como una abrazadera
roscada)

b) A presión (como una abrazadera de
compresión)

c) Térmica (como la soldadura CADWELD que produce
una conexión exotérmica o
molecular).

Plano equipotencial (Equipotential plane): Es el
conjunto de mallas, places y otras masas de material conductor
que, al estar interconectadas entre sí, ofrecen una
impedancia muy baja a la circulación de la
corriente.

Anillo halo de tierra: Conductor de tierra de 35
mm2 instalado alrededor de las cuatro paredes en el interior de
un pequeño edificio a una altura aproximada de 15 cm por
debajo del techo. Se instalan conductores desde el halo hasta los
gabinetes de los equipos, a los puertos de guías de onda,
a las bandejas interiores de cables, etc. El anillo halo sirve
permite puntos de conexión para lograr referencia de
tierra de los objetos metálicos en el interior. Estos, a
su vez, se conectan a la barra de tierra principal.

Terminal principal de tierra (Main grounding
bar
): Terminal o barra que permite la conexión a la
instalación de electrodos de tierra de los conductores de
protección (incluidos los conductores de unión
equipotencial y, en su caso, los conductores para la puesta a
tierra funcional), de la estructura, de las instalaciones
metálicas, de los elementos conductores externos, de las
líneas eléctricas y de telecomunicaciones,
etc.

Conductor de electrodo de tierra (Grounding electrode
conductor):
Es el conductor que conecta intencionalmente el
terminal principal de tierra (conductor de neutro conectado a
tierra en los equipos de servicio, la envolvente del medio de
desconexión del edificio o la envolvente de los sistemas
obtenidos independientemente) a los electrodos de
tierra.

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Fig. 5 Conductor de electrodo de
tierra

Conductor de tierra (Grounding conductor): Es el
conductor que conecta los equipos con el suelo mediante un
electrodo de tierra. Ejemplo sería el conductor usado para
conectar los equipos a un electrodo de tierra
suplementario.

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Fig. 6 Conductor de
tierra

Conductor neutro [N] (Neutral conductor):
Conductor, conectado al punto neutro de un sistema, capaz de
contribuir a la transmisión de energía
eléctrica.

Conductor de neutro conectado a tierra (Grounding
neutral conductor):
Es el conductor que acaba en el terminal
que está intencionalmente conectado a tierra.

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Fig. 7 Conductor de neutro conectado
a tierra

Conductor de tierra de protección [PE]
(Protective earth conductor):
Conductor exigido por ciertas
medidas de protección contra choques eléctricos,
que conecta eléctricamente cualquiera de las partes
siguientes:

– partes conductoras
expuestas

– partes conductoras
externas

– punto de tierra de los
equipos

Conductor de tierra de protección y neutro
[PEN] (Protective earth and neutral conductor
): Conductor
puesto a tierra que combina las funciones de conductor de
protección y conductor neutro.

Sistema de Puesta a Tierra (Grounding system):
Conjunto de elementos conductores de un sistema eléctrico
específico, sin interrupciones ni fusibles, que unen los
equipos eléctricos con el suelo. Comprende la
instalación de electrodos de tierra y todos los elementos
de puesta a tierra (la estructura del edificio, los bastidores de
equipos, gabinetes, conductos, cajas de unión, bandejas,
tuberías, torres, soportes de antena y otros elementos
metálicos que normalmente no portan corriente). Para su
mejor comprensión suele dividirse en los siguientes
subsistemas: de electrodos de tierra, de protección contra
rayo, de referencia de señal, de protección contra
falla y de tierra estática.

Elementos de puesta a tierra: es un conjunto
localmente limitado de conductores conectados entre sí o
de partes metálicas actuando de la misma manera (por
ejemplo: montantes, armaduras, revestimientos metálicos de
cables y conductores de puesta a tierra).

Unión equipotencial (Equipotential
bonding):
Conexión eléctrica de las
instalaciones metálicas y los sistemas eléctricos
al sistema de protección contra rayo -mediante
conductores, descargadores de corriente de rayo o vías de
chispa de aislamiento- que se establece para reducir
significativamente las diferencias de potencial creadas por las
corrientes de rayo.

Conductor de unión equipotencial
(Equipotential bonding conductor
): Conductor de utilizado
para realizar la ecualización de potenciales, poniendo las
diversas partes conductoras expuestas y las partes conductoras
externas a un potencial prácticamente igual.

Resistencia de puesta a tierra RE (Grounding
resistance):
Es la resistencia entre una instalación
de puesta a tierra y la tierra de referencia.

Resistencia de tierra equivalente (Equivalent
gronding resistance):
Es la relación
(cociente) entre los valores de cresta de la
tensión y de la corriente del rayo en la puesta de tierra
y que, en general, no aparecen simultáneamente. Esta
relación se utiliza convencionalmente para medir la
eficacia de la puesta a tierra ante rayos.

Resistividad o resistencia específica del
terreno ?E (Soil resistivity):
Es la resistencia
eléctrica específica de un material, o sea, la
relación entre la diferencia de potencial y la densidad de
corriente que resulta en el mismo. Normalmente su magnitud se
expresa en ?.m y numéricamente representa la resistencia
ofrecida por un cubo conductor de 1m3 (1 m de
longitud del lado) medida entre dos caras opuestas. Representa
la resistencia específica del suelo a cierta
profundidad o de un estrato del mismo. Se obtiene indirectamente
al procesar un grupo de medidas de campo. Determina la magnitud
de la resistencia RA de un electrodo de tierra y es una
función de la composición, humedad y temperatura
del terreno.

Resistencia de propagación RA de un electrodo
de tierra (Ground electrode resistance):
Es la resistencia de
la tierra entre un electrodo de tierra y la tierra de referencia.
La RA es prácticamente una resistencia efectiva (el mismo
significado que RE). Las prácticas de IEEE recomiendan
proveer un valor de resistencia menor que 25 ? para
cualquier instalación eléctrica de baja
tensión independientemente del tipo de electrodo de tierra
artificial usado. Sin embargo, en otros códigos se piden
valores de resistencia de 10 ? o inferior. Valores inferiores, en
el intervalo de 1 a 5 ? pueden ser útiles
únicamente para los sistemas de seguridad eléctrica
a DC y 50/60 Hz.

Resistencia de tierra a impulso Rst (Impulse ground
resistance):
Es la resistencia que encuentra la corriente del
rayo desde un punto del sistema de puesta a tierra hasta la
tierra de referencia.

Resistencia mutua de electrodos (Mutual
resistance):
Fenómeno resistivo que aparece entre
electrodos de tierra o puntos próximos en el suelo,
mediante el cual la corriente que se dispersa a través de
uno de éstos modifica el potencial del otro. Su unidad es
el Ohm (?).

Potencial eléctrico (Electric potential):
Es la diferencia de tensión entre un punto y alguna
superficie equipotencial, generalmente la del suelo, la cual es
seleccionada arbitrariamente como tierra de referencia o de
potencial cero. Un punto que tiene un potencial más alto
que el cero se llama de potencial positivo y en caso contrario de
potencial negativo.

Potencial de tierra UE (Ground potential): Es la
diferencia de potencial entre la instalación de electrodos
de tierra y la tierra de referencia ("tierra lejana") causada por
la corriente del rayo. Ver Figura 4.

Potencial de la superficie de la tierra ?
(Potential of the ground surface): Es la tensión
entre un punto de la superficie de la tierra y la tierra de
referencia.

Tensión de contacto UB (Touch or Contact
voltage):
Es la parte del potencial de tierra que el hombre
puede puentear con su cuerpo, aunque el recorrido de la corriente
pasa de mano a pie (distancia horizontal de 1 m de la parte de
contacto) o de una mano a otra. Ver Figura 4.

Tensión de paso US (Step voltage): Es la
parte del potencial de la superficie de la tierra que el hombre
puede puentear con un paso de 1 m de longitud, aunque el
recorrido de la corriente por el cuerpo humano pasa de un pie al
otro. Ver Figura 4.

Control de potencial (Potential control): Es el
efecto de los electrodos de tierra sobre el potencial de tierra,
particularmente el potencial de la superficie de la
tierra.

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Fig. 8 Potencial de tierra y
tensiones de contacto y de paso

Unión (Bond): Es la unión
permanente entre todas las partes metálicas para formar
una trayectoria eléctricamente conductora que tenga la
capacidad de conducir de manera segura cualquier corriente se
falla que tenga la probabilidad de circular por ésta. Se
realiza mediante conductores, bandejas metálicas,
conectores, acoplamientos, blindaje metálico de cables con
fijaciones y otros dispositivos reconocidos para esta
finalidad.

Puente de unión (Bonding jumper): Es un
conductor adecuadamente dimensionado que asegure la conductividad
eléctrica entre las partes metálicas de la
instalación eléctrica.

Puente de unión principal (Main bonding
jumper):
Es un conductor, tornillo o cinta que une el
conductor de tierra en los equipos de servicio al conductor
neutro de servicio conectado a tierra.

Puente de unión del sistema (System bonding
jumper):
Es el conductor, tornillo o cinta que une las partes
metálicas de un sistema obtenido independientemente a un
devanado del sistema. Este puente brinda la trayectoria de
corriente de falla de baja impedancia hacia la fuente de
suministro eléctrico con el propósito de limpiar
dicha falla.

Sólidamente conectado a tierra (Solidly
grounded):
Es la conexión eléctrica intencional
de un terminal del sistema al conductor de tierra de equipos. La
industria denomina "sistema sólidamente conectado a
tierra" a aquel que tiene un terminal unido a su carcasa
metálica.

Falla a tierra (Ground fault): Es la
conexión no intencional entre un conductor no conectado a
tierra y las partes metálicas de las carcasas, bandejas o
equipos.

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Fig. 9 Ejemplo de falla a
tierra

Trayectoria de corriente de falla a tierra
(Ground-fault current path):
Es una trayectoria
eléctricamente conductora desde una falla a tierra hasta
la fuente de suministro eléctrico. Esta trayectoria no es
hacia el suelo, sino hacia la fuente de suministro
eléctrico, típicamente el terminal X0 del
transformador. La trayectoria de corriente de falla a tierra
estar constituida por bandejas metálicas, blindajes de
cables, equipos eléctricos u otros materiales
eléctricamente conductores, tales como tuberías
metálicas de agua o gas, miembros de acero estructural,
conductos metálicos, acero de refuerzo o los blindajes de
los cables de comunicaciones.

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Fig. 10 Trayectoria de corriente
de falla a tierra

Trayectoria efectiva de corriente de falla a tierra
(Effective ground-fault current path):
Es una trayectoria
conductora intencional, permanente y de baja impedancia
diseñada para llevar la corriente de falla desde el punto
del sistema eléctrico donde se produce la falla a tierra
hasta la fuente de suministro eléctrico. Está
pensada para ayudar a eliminar la peligrosa tensión debido
a una falla a tierra mediante la apertura del dispositivo de
protección contra sobreintensidad del circuito.

La diferencia entre una "trayectoria efectiva de
corriente de falla a tierra" y una "trayectoria de corriente de
falla" es que la primera es intencionalmente creada para brindar
una trayectoria de baja impedancia a la corriente de falla hasta
la fuente de suministro eléctrico con el propósito
de limpiar la falla a tierra y la segunda es sencillamente todas
las trayectorias conductoras disponibles por las cuales puede
circular la corriente de falla en su retorno a la fuente de
suministro eléctrico durante una falla a
tierra.

Conductor de tierra de equipos (Equipment Grounding
Conductor):
Es la trayectoria de corriente de falla de baja
impedancia usada para unir las partes metálicas de los
equipos eléctricos, bandejas y carcasas a la trayectoria
efectiva de corriente de falla a tierra en los equipos de
servicio o la fuente de un sistema obtenido independientemente.
La finalidad de este conductor es brindar una trayectoria de baja
impedancia a la corriente de falla hasta la fuente de suministro
eléctrico para facilitar la operación de los
dispositivos de protección contra sobreintendidades con el
objetivo de eliminar la peligrosa tensión de falla a
tierra en las partes conductoras. ¡Los retornos de
corriente de falla a la fuente de suministro eléctrico, no
son tierra! Tiene que ser uno o una combinación de los
siguientes:

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Fig. 11 Conductor de tierra de
equipos

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Fig. 12 Representación
esquemática de un sistema de puesta a tierra

Referencias:

– Cuaderno Técnico No. 168 de la
Biblioteca Técnica de "Schneider Electric".

Manual de instrucciones del Medidor de
resistencia a tierra
GEOHM®C.

– Ligthning protection guide DEHN
2006.

– Understanding the NEC: Top 101 Rules.
Mike Holt Enterprises, Inc.
1.888.NEC.CODE.www.NECcode.com.

– IRAM 2184-1-1: 2000 "Protección de
estructuras contra descargas eléctricas
atmosféricas". Parte 1: Principios generales.
Sección 1 – Guía A: "Elección de los niveles
de protección para los sistemas de protección
contra el rayo (SPCR)"

 

 

Autor:

Ing. Frank Amores Sánchez

Especialista PCI, APCI.

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