Resistencias a tierra y de unión equipotencial: su incidencia en la seguridad personal

Introducción

Durante los últimos años se han producido
grandes debates y formulado muchas preguntas sobre los
requerimientos y métodos de conexión a tierra y
unión equipotencial entre los expertos en estos temas.
Todos ellos generalmente parten de la supuesta necesidad u
obligatoriedad de que las instalaciones de baja tensión
dispongan de una red de electrodos de tierra para los sistemas
eléctricos, de telecomunicaciones y de protección
contra rayo contenidos en las mismas con una resistencia a tierra
muy baja.

El presente trabajo presenta una recopilación de
fragmentos de diferentes documentos que tratan el asunto y que se
considera aportarán luz tanto a diseñadores como
instaladores de estos sistemas, que erróneamente
continúan abogando por muy bajos valores de resistencia a
tierra, quizás confundidos con el concepto de resistencia
de unión equipotencial.

Importancias de
la conexión a tierra y la unión
equipotencial

Conexión a tierra El propósito de la
conexión al terreno mediante los electrodos de tierra es
bridar una trayectoria para la descarga de los impactos de rayo,
evitar los peligros de choque y ayudar en el control del
ruido.

Al diseñar la instalación de electrodos de
tierra tienen que considerarse todos los requerimientos relativos
a la función particular de la instalación y su
ambiente, siempre teniendo en cuenta la relación
costo-beneficio. El término sistema de puesta a tierra
tiene un sentido amplio, o sea, incluye a las redes de
protección contra falla del sistema eléctrico, de
protección contra rayo, la tierra del edificio o
estructura, la tierra de telecomunicaciones, etc.

Unión equipotencial La unión equipotencial
es el proceso mediante el cual se establece una trayectoria de
baja impedancia para la circulación de la corriente
eléctrica entre dos objetos metálicos. En cualquier
sistema eléctrico y/o electrónico real, sea una
parte de un equipo o toda la instalación, se deben hacer
múltiples interconexiones entre los objetos
metálicos con los objetivos de:

> Protección de equipos y personas contra los
peligros de las descargas de rayo.

> Establecimiento de las trayectorias de retorno de
la corriente de falla.

> Establecimiento de referencia de señal para
los sistemas de telecomunicaciones.

> Minimización de los potenciales de RF en las
carcasas y cubiertas.

> Minimizar los riesgos de choque eléctrico en
las personas que surgen como consecuencia de la conexión
accidental a la tierra.

> Prevención contra la acumulación de
cargas electrostáticas.

Estas interconexiones tienen que hacerse de manera tal
que las propiedades mecánicas y eléctricas de las
trayectorias estén determinadas fundamentalmente por las
partes que se interconectan más que por las uniones de
interconexión y además que sean mantenidas durante
un largo período de tiempo.

Para la realización de las uniones hay que
prestar especial atención a las técnicas y
procedimientos establecidos para garantizar buen apriete
mecánico, baja impedancia de interconexión entre
las partes y alta resistencia a la corrosión. Las uniones
deficientes conducen a una serie de peligros y situaciones
desfavorables.

1. En las líneas eléctricas de AC: pueden
producir una caída de tensión inaceptable en el
receptor eléctrico y el calor generado por la corriente de
carga a través de la resistencia incrementada de la
unión deficiente puede ser suficiente para dañar el
aislamiento de los cables. Esto puede conducir a una falla de la
línea, iniciar un incendio o ambos.

2. En las líneas de los sistemas de
telecomunicaciones: degradan su comportamiento porque provocan un
funcionamiento intermitente, decrecimiento de la amplitud de la
señal o incremento del ruido. Las conexiones pobres entre
los elementos de la red de referencia incrementan la resistencia
de las trayectorias de corriente y las tensiones desarrolladas
por la circulación de corriente a través de
éstas impiden que los puntos de referencia de señal
de los equipos estén al mismo potencial.

3. En los sistemas de protección contra rayo:
pueden generar varios miles de Volts al circular la alta
corriente de una descarga de rayo.

4. En las proximidades de transmisores de RF de alta
potencia: pueden producir interferencias particularmente
problemáticas como las de modulación cruzada y
otros productos de mezcla cuando se radian dos o más
señales de alto nivel. Algunos óxidos de metal se
comportan como semiconductores (dispositivos no lineales) y
producen la mezcla entre las señales incidentes. La
interferencia así generada puede acoplarse en los equipos
susceptibles más cercanos.

Valores
aceptables de resistencia a tierra.

Véase lo que plantean al respecto diversos
documentos.

1. "Diseño de Sistemas de Puesta a Tierra".
Parte I: Teoría. Prof. Miguel Martínez
Lozano. Universidad Simón Bolívar de
Venezuela.

2. Department of the Army, TM 5-690. Grounding and
Bonding in Command, Control, Communications, Computer,
Intelligence, Surveillance and Reconnaissance (C4ISR) Facilities,
15 February 2002. 3-3. Subsistema de protección contra
falla Valores máximos de resistencia a tierra:

Equipos especificados para potencias menores o igual a
500 kVA: 10 Ω

Equipos especificados para potencias entre 500 y 1000
kVA: 5 Ω

Equipos especificados para potencias mayores que 1000
kVA: 3 Ω

Subestaciones no cercadas y equipos de montaje en
superficie: 5 Ω

Tierras de arqueta: 10 Ω

3-4. Subsistema de protección contra
rayo

Para brindar una protección efectiva, es de suma
importancia que exista una trayectoria a tierra de baja
impedancia. Este criterio se aplica a todos los componentes y
conexiones, desde los captadores hasta los electrodos de
tierra.

Una baja impedancia es esencial para que las altas
corrientes de rayo circulen por una trayectoria preestablecida en
lugar de por trayectorias alternativas como las que ofrecen los
materiales de construcción (madera, ladrillo, bloque,
piedra u hormigón). Cuando el rayo circula por estas
trayectorias de mayor impedancia, pueden producirse grandes
daños debido al calor y a las fuerzas mecánicas
generadas durante el paso de su corriente. Una trayectoria de
baja impedancia reduce, o al menos controla un tanto, las
diferencias de potencial entre la celda de tormenta, la tierra y
la protección en el punto donde no ocurre el impacto.
Aún en las edificaciones hechas de roca sólida, se
requiere que exista una buena instalación de puesta a
tierra, así como conexiones sólidas entre los
componentes del sistema de protección contra rayo y el
terreno. Las normas no exigen un valor de resistencia a tierra
específico; sin embargo, plantean que debe hacerse el
esfuerzo por obtener el valor más bajo posible. Los
conductores de bajada desde los captadores hasta la
conexión a tierra brindarán esa trayectoria de baja
impedancia.

3. IEC 62305: 2006 Lightning Protection Debe
tenerse en cuenta que es preferible un instalación de
puesta a tierra común para los diferentes aplicaciones
(protección contra rayo, de distribución
eléctrica de baja tensión y de
telecomunicaciones).

Como se asume el cumplimiento de la unión
equipotencial sistemática de todos los componentes que
participan en el sistema de protección contra rayo, no se
requiere un valor específico de resistencia de la
instalación de puesta a tierra.

4. Proyecto Final del Reglamento
Electrotécnico Cubano.2008, Ed.1.0 Capítulo
4: Distribución en instalaciones de baja
tensión 4.2 Esquemas de puesta a tierra 4.2.6
Sistema de puesta a tierra y su medición Para asegurar la
dispersión de la corriente del rayo en la tierra sin
provocar sobretensiones peligrosas, son más importantes la
disposición y las dimensiones del sistema de puesta a
tierra que un valor específico de la resistencia de puesta
a tierra. Aunque, en general, se recomienda un valor bajo de la
resistencia de puesta a tierra.

Desde el punto de vista de la protección contra
el rayo, una solución adecuada puede ser un sistema de
puesta a tierra único integrado a la edificación y
apropiado para todos los fines (por ejemplo, protección
contra el rayo, sistemas electroenergéticos a baja
tensión y sistemas de telecomunicaciones).

Los sistemas de puesta a tierra deben ser
interconectados de forma tal que se garantice una conexión
equipotencial en presencia del rayo.

5. NEC-2005: NFPA 70 250.56 Resistencia de
electrodo de tierra de tipo varilla Cuando la resistencia de una
única varilla de tierra es mayor que 25 Ω, se
requiere de un electrodo adicional, y éste tiene que
instalarse a no menor de 6 pies de separación.

No se requiere más de dos varillas de tierra,
aún si la resistencia total de las dos varillas en
paralelo excede los 25 Ω. Aunque no está
claramente definido para una localización dada el "valor
aceptable", se conoce que mientras más bajo mejor. Para
instalaciones comerciales e industriales, pueden no estar dadas
las especificaciones del sistema de electrodos de tierra (excepto
en conformidad con el NEC) y este aspecto se deja a la
definición por parte del instalador del sistema
electroenergético, quien tendrá que cumplir
únicamente con los requerimientos mínimos
aplicables del NEC.

Una razón para desear un sistema de electrodos de
tierra de baja resistencia es para reducir la elevación de
tensión en el sistema de tierra durante el evento de un
rayo. Dicho evento es más probable en un edificio o torre
dotado con un LPS. Si la instalación de electrodos de
tierra está diseñada para un valor bajo de
resistencia y con una capacidad suficiente para la rápida
disipación del rayo, la elevación de tensión
se reduce sustancialmente y la unión entre sistemas
exigida por el NEC se estresa menos. Además, puede mejorar
significativamente el comportamiento en la operación de
los SPDs al manejar las corrientes del rayo si se garantiza una
baja resistencia de conexión a la instalación de
electrodos de tierra. Mientras más baja sea esta
resistencia, más baja será la tensión que se
desarrolla entre el SPD y la tierra remota que el rayo busca.
Esta tensión inferior en el SPD reduce el estrés a
los equipos conectados aguas abajo.

6. IEEE Std. 1100-2005 (Emerald Book) 4.8.1
Panorámica El tema de puesta a tierra se vuelve muy
sencillo si se tienen en mente las funciones de seguridad y
referencia que este tiene y se hace la pregunta: "Es la tierra
parte del circuito?" Desde el punto de vista de seguridad, la
respuesta casi siempre es "si." Para la protección contra
rayo, la respuesta es un "si" muy enfático. Para la
operación de muchos equipos la respuesta es "no." Por lo
tanto, disponer o no una baja impedancia a tierra afecta la
operación del sistema cuando el terreno es parte del
circuito.

Para facilitar la comprensión del asunto, las
instalaciones de puesta a tierra se consideran que se
interconectan eléctricamente a tres subsistemas
funcionales distintos. Estos son:

a) Subsistema de protección contra falla y
seguridad personal.

b) Subsistema de operación de los circuitos de
telecomunicaciones, transmisión de datos y
señalización.

c) Subsistema de protección contra rayo y
sobretensiones Note que para propósitos de
protección contra incendios y seguridad contra choques
eléctricos, estos subsistemas funcionales de tierra
están todos sólidamente interconectados a un
sistema común de electrodos de tierra en la sección
de entrada de servicio del sitio (SES) de acuerdo a los
requerimientos del NEC y la NFPA 780. De acuerdo con el NEC,
también pueden involucrarse otros electrodos de tierra con
los diferentes subsistemas de tierra (ver IEEE Std. 142™),
pero éstos de ninguna manera pueden estar aislados entre
si (por ejemplo, mediante aislamiento eléctrico o la
resistividad del suelo) ni del electrodo de tierra principal del
sitio en el SES.

Todos los sistemas de tierra descritos anteriormente
tienen que estar eléctricamente interconectados entre si,
mediante el empleo de conductores de tierra, de manera tal que
formen un sistema único de electrodos de tierra para el
sitio. Si no se garantiza esta unión, los equipos o las
personas que estén en conectados deliberada o
accidentalmente entre dos sistemas de tierra aislados se
podrán exponer a la diferencia de potencial que se
desarrolle entre éstos. Dicha diferencia de potencial
usualmente es debida a fallas a tierra del sistema de ac o dc,
rayos u otras corrientes que puedan producir una caída de
tensión IR significativa cuando circulan a
través del medio de tierra compartido por ambos—el
terreno.

La posibilidad de que se produzcan estas diferencias de
tensión existirá aún cuando los electrodos
de tierra tengan muy baja resistencia de conexión a
tierra, tal como 1 Ω. Por ejemplo, un rayo que se circula
por un electrodo con una intensidad conservadora de 20 a 40 kA
producirá una elevación del potencial de tierra de
20 a 40 kV entre dos electrodos de tierra con solo 1 Ω de
resistencia entre estos (e.g., E = IR). Se
trata de un potencial demasiado alto para ser soportado por
cualquier sistema de aislamiento a nivel de señal
razonablemente construido y, mucho menos, por los componentes de
estado sólido de los equipos electrónicos. Por otro
lado, se conoce que potenciales tan altos producen arco y ruptura
dieléctrica en puntos a lo largo de la trayectoria de
corriente y dentro de los equipos, y pueden provocar
incendios.

4.8.6 Subsistema de protección contra rayo El
subsistema de protección contra rayo por norma no requiere
que ofrezca un valor o intervalo particular de impedancia a la
corriente de rayo que pueda circular por este. El NEC, NFPA 75 y
NFPA 780 no establecen límites de impedancia para el
subsistema de electrodos de tierra asociado con el sistema de
protección contra rayo. En lugar de una baja resistencia a
tierra, en estos reglamentos se prefiere incrementar la cantidad
de uniones del sistema de protección contra rayo a otros
conductores de tierra dentro del edificio. Esta propuesta
conlleva a una reducción de las peligrosas descargas
laterales y al uso de más trayectorias de bajada a lo
largo del edificio que terminen en el anillo de tierra
enterrado.

7. IEEE Std. 142-2005 (Green Book)

4.1 Resistencia a tierra 4.1.2 Valores aceptables
recomendados.

Las instalaciones que tienen bajos niveles de corriente
de falla a tierra no requieren tan bajos valores de resistencia a
tierra como ocurre en los grandes sistemas con altos volares de
corriente de falla a tierra. Los valores de resistencia a tierra
de menos de 1 Ω se obtienen mediante el uso de una cantidad
de electrodos individuales interconectados entre sí. Esta
baja resistencia sólo será necesaria para grandes
subestaciones, líneas de transmisión o estaciones
de generación. Resistencias en el intervalo entre 1 y 5
Ω generalmente son adecuadas para subestaciones y edificios
de plantas industriales y para grandes instalaciones
comerciales.

El valor de 25 Ω apuntado por el NEC se aplica
para la máxima resistencia para un único electrodo
artificial. Si se obtiene un valor mayor, se requiere un segundo
electrodo conectado en paralelo. Esto no debe interpretarse como
que 25 Ω es un nivel satisfactorio para un sistema de
conexión a tierra.

8. IEEE Std. 141-1993 (Red Book)

7.5.2 Recommended acceptable values

El sistema de tierra más elaborado que pueda
diseñarse puede ser inadecuado a menos que la
conexión del sistema a la tierra sea adecuada y de baja
resistencia (AIEE Committee Report 1958). La conexión a
tierra es uno de las partes más importantes del sistema de
tierra. También es la parte más difícil de
diseñar y obtener.

La conexión a tierra perfecta tendrá una
resistencia cero, pero esta es imposible de obtener.

Resistencias a tierra menores que 1 Ω pueden
obtenerse, aunque pueden no ser necesarias. La resistencia que se
requiere varía inversamente proporcional con la corriente
de falla a tierra. Mientras mayor es la corriente de falla, menor
tiene que ser la resistencia.

Para grandes subestaciones y estaciones de
generación, la resistencia a tierra no debe exceder 1
Ω. Para pequeñas subestaciones y plantas
industriales, en general, debe obtenerse una resistencia inferior
a 5 Ω, si es práctico. El artículo 250 del
NEC aprueba el uso de un único electrodo artificial, si su
resistencia no excede 25 Ω.

9. Earth Ground Resistance.
www.fluke.com

What is a good ground resistance
value?

Existe mucha confusión sobre lo que constituye
una buena tierra y que valor de resistencia a tierra se necesita
obtener. Idealmente la red de puesta a tierra debería
tener de 0 Ω de resistencia.

No hay valor normalizado de resistencia a tierra que
esté reconocido por alguna agencia. Sin embargo, la NFPA y
el IEEE han recomendado valores de resistencia a tierra de 5
Ω e inferiores. El NEC ha establecido "Asegurar que la
impedancia a tierra del sistema sea inferior a 25 Ω como
especifica la cláusula 250.56. En instalaciones con
equipos sensibles ésta debe ser de 5 Ω o menos." La
industria de las telecomunicaciones ha usado a menudo 5 Ω o
menos como su valor para conexión a tierra.

El objetivo de la conexión a tierra es lograr el
valor de resistencia más bajo posible que tenga sentido
económica y físicamente.

10. AECM Instruments. User Manual

4.1 Ground Resistance Values

Las normas aceptadas de la industria estipulan que las
subestaciones de transmisión tienen que ser
diseñadas que no excedan 1 Ω. En subestaciones de
distribución, la resistencia máxima recomendada es
5 Ω.

En la industria ligera o en las centrales de
telecomunicaciones, 5 Ω es un valor aceptado. Para la
protección contra rayos, la resistencia a tierra
máxima es 10 Ω

11.NOM-001-SEDE-1999

Norma Mexicana sobre las instalaciones
eléctricas

921-18. Resistencia a tierra de electrodos.
Disposiciones generales. El sistema de tierras debe consistir de
uno o más electrodos conectados entre sí. Este
sistema debe tener una resistencia a tierra suficientemente baja
para minimizar los riesgos al personal en función de la
tensión eléctrica de paso y de contacto. Se
considera aceptable un valor de 10 Ω; en terrenos con alta
resistividad este valor puede llegar a ser hasta de 25 Ω.
Si la resistividad es mayor a 3000 Ω.m se permiten 50
Ω, para posibilitar la operación de los dispositivos
de protección.

12.Air Force Instruction 32-1065

1 OCTOBER 1998

Civil Engineering

GROUNDING SYSTEMS

14.3. Para la protección contra rayo es deseable
pero no obligatorio que la resistencia a tierra sea baja. Para la
mayoría de las edificaciones, la resistencia a tierra
tiene que ser menor que 25 Ω. Si este valor no puede
lograrse con electrodos de tipo varilla, instale un anillo de
tierra alrededor del edificio. La configuración de anillo
es aceptable aún si su resistencia a tierra es mayor que
25 Ω.

13.MIL-HDBK-1004/6

30 May 1988 Superseding

DM 4.6

1 December 1979

MILITARY HANDBOOK

LIGHTNING PROTECTION

4.2.1 Resistencia a tierra.

La máxima resistencia a tierra para cualquier
sistema de protección contra rayo no excederá 10
Ω. En terrenos de alta resistividad o formaciones rocosas,
puede ser necesario disponer radiales de tierra, tierras
artificiales o pozos de drenaje. Después de la
instalación del sistema, ésta se verificará
mediante una medición sencilla y directa con instrumento.
Cuando se desconozcan las características, se
instalarán tierras de prueba y verificarán
periódicamente durante el curso de al menos 1 año
para contemplar las variaciones estacionales.

14.SEGURIDAD CONTRA RAYOS DEL SIGLO XXI PARA
AMBIENTES QUE CONTIENEN ELECTRÓNICA SENSIBLE, EXPLOSIVOS Y
SUSTANCIAS VOLÁTILES.

Richard Kithil, President y CEO NLSI –
National Lightning Safety Institute 3.4 Puesta a tierra La
red de puesta a tierra debe enfocarse hacia el logro tanto de una
baja resistencia como de una baja impedancia a tierra así.
Un estudio espectral del impulso típico del rayo revela un
contenido de bajas y altas frecuencias. Esta red de tierra se
comporta frente al impulso de rayo como una línea de
transmisión, en donde se aplica la teoría de la
propagación de ondas electromagnéticas. Una parte
considerable de la corriente del rayo se propaga horizontalmente
al impactar sobre tierra: se estima que menos del 15% de esa
corriente penetra la tierra. Consecuentemente, valores bajos de
la resistencia (25 Ω determinados por el NEC) son menos
importantes que las eficiencias volumétricas.

15.Reglamento uruguayo de baja tensión: Junio
de 2001

Capítulo XXIII. Puestas a
tierra

9.- Resistencia de Tierra.

El electrodo se dimensionará de forma que su
resistencia de tierra, no sea superior al valor especificado para
esta, en cada caso.

Este valor de resistencia de tierra será tal que
cualquier masa no pueda dar lugar a tensiones de contacto
superiores a:

– 24 V en local o emplazamiento conductor – 50 V en los
demás casos.

Estos valores son para que las corrientes de defecto
sean eliminadas en menos de 5 s.

Si las condiciones de la instalación son tales
que puedan dar lugar a tensiones de contacto superiores a las
valores señalados anteriormente, se asegurará la
rápida eliminación de la falta mediante los
adecuados dispositivos de corte.

16.Guía Técnica de Aplicación:
Protecciones. Instalaciones de Puesta a Tierra.

Guía-BT-18. Edición: Oct 05.
Revisión: 1 Ministerio de Industria, Turismo y
Comercio. España

9. Resistencia de las tomas de tierra El electrodo se
dimensionará de forma que su resistencia de tierra, en
cualquier circunstancia previsible, no sea superior al valor
especificado para ella, en cada caso.

Este valor de resistencia de tierra será tal que
cualquier masa no pueda dar lugar a tensiones de contacto
superiores a:

– 24 V en local o emplazamiento conductor – 50 V en los
demás casos 17.IEC 60364. Electrical Installations of
buildings Estas tensiones de contacto máximas
permisibles por el ser humano son las siguientes:

– 50 V para locales secos – 25 V para locales
húmedos – 12 V para locales mojados (por ejemplo: obras en
el exterior) Si las condiciones de la instalación son
tales que puedan dar lugar a tensiones de contacto superiores a
los valores señalados anteriormente, se asegurará
la rápida eliminación de la falla mediante
dispositivos de corte adecuados a la corriente de
servicio.

La resistencia de un electrodo depende de sus
dimensiones, de su forma y de la resistividad del terreno en el
que se establece. Esta resistividad varía frecuentemente
de un punto a otro del terreno y también con la
profundidad.

18.Introducción a la seguridad
eléctrica en instalaciones hospitalarias.

José Felipe Pomares Orbea.

VII Jornada del CEC, 2005.

Anexo E: Sistema de puesta a tierra.

Más que un valor específico de resistencia
de los electrodos de tierra, lo más importante es la forma
y las dimensiones de la red de puesta a tierra. No obstante, se
deberá cumplir con los valores recomendados.

19.National Electrical Code. 2002
Edition

Section 9. Grounding Methods for Electricity Supply
and Communications Facilities

096. Requerimientos de resistencia a tierra Los sistemas
de conexión a tierra serán diseñados para
minimizar el peligro a las personas y tendrá resistencias
a tierra lo suficientemente bajas para permitir la rápida
operación de los dispositivos de protección de
circuito. Los sistemas de conexión a tierra estarán
compuestos por conductores y electrodos de tierra
enterrados.

A. Estaciones de suministro Las estaciones de suministro
pueden requerir sistemas de tierra de gran extensión
conformados por múltiples electrodos de tierra
horizontales, verticales o una combinación de ambos. Los
sistemas de conexión a tierra se diseñarán
para limitar los potenciales de contacto, de paso, de malla y
transferido, conforme a las prácticas de la
industria.

B. Sistemas de tierra sencillos Los electrodos
artificiales individuales, donde sea práctico,
tendrán una resistencia a tierra que no exceda 25 Ω.
Si la resistencia de un único electrodo excede los 25
Ω, se usarán dos electrodos conectados en
paralelo.

20.NFPA-780. 2008 Edition

Standard for the Installation of Lightning Protection
Systems B.4.3

Las instalaciones de tierra adecuadamente hechas son
esenciales para el correcto funcionamiento de un sistema de
protección contra rayos, y tienen que hacerse todos los
esfuerzos para lograr un buen contacto con el terreno. Esto no
significa necesariamente que la resistencia a tierra tiene que
ser baja, sino que la distribución de los electrodos en el
terreno, o sobre su superficie en casos extremos, tiene que ser
tal que permita la disipación de la corriente del rayo sin
daños.

B.4.4 Una baja resistencia a tierra es deseable,
pero no primordial, como se muestra en los siguientes casos
extremos de edificios que descansan sobre suelos de arcilla
húmeda y de roca sólida desnuda.

B.4.4.1 En el primer caso, si el suelo tiene una
resistividad promedio entre 40 y 500 Ω.m, mediante la
colocación de un electrodo de 3 m se obtendrá una
resistencia a tierra entre 15 y 200 Ω y dos de estos
electrodos serán suficientes para un pequeño
edificio rectangular. En estas condiciones favorables, constituye
una manera sencilla y relativamente barata de garantizar la
disipación de la energía de la descarga del rayo
sin serias posibilidades de daño.

B.4.4.2 En el segundo caso, podría ser
imposible lograr una resistencia a tierra baja de manera
convencional debido a que la mayoría de los tipos de rocas
son aislantes o al menos de alta resistividad y, para obtener una
conexión a tierra efectiva se requieren otros medios
más elaborados. La manera más efectiva pudiera ser
una extensa red de electrodos descansando sobre la superficie
rocosa que rodea el edificio a la cual se conectarían los
derivadores. La resistencia a tierra de este arreglo pudiera ser
alta, pero la distribución de potencial alrededor del
edificio sería casi la misma que si el edificio estuviera
apoyado en un suelo conductor y el efecto de protección
resultante también sería sustancialmente el
mismo.

B.4.5 En general, la extensión del arreglo
de tierra depende de las características del suelo,
variando desde la simple instalación de un electrodo donde
el suelo sea profundo y de alta conductividad hasta una compleja
red enterrada donde el suelo sea muy seco o de muy pobre
conductividad. Donde se requiera de una red, ésta se
enterrará si las características del terreno lo
permiten, pues aumenta su efectividad. Su extensión
estará determinada por el criterio del proyectista de la
instalación observando la siguiente regla: Mientras
más extensa sean dimensiones de electrodos enterrados
más efectiva será la protección.

21.NORMA TECNICA COMOLOMBIANA PATA SISTEMAS DE PUESTA
A TIERRA. CAPÍTULO 9.
"DISEÑO"

Valores de
resistencia de unión equipotencial:

22.NASA / CR-1998 -207400 Electrical Bonding:
A Survey of Requirements, Methods and Specifications
R. W. Evans Computer Sciences Corporation,
Huntsville, Alabama 3.2 Protección contra choque
eléctrico y falla La MIL-B-5087B demanda "menos de 0,1
Ω de resistencia para los conductos metálicos en
cada punto de terminación. También exige que la
resistencia la conexión desde cada armazón o parte
expuesta de los equipos eléctricos y electrónicos
hasta la estructura sea menor que 0,1 Ω." La MIL-STD-464
establece " estén provistas la unión de todas las
partes eléctricamente conductoras expuestas sometidas a
potenciales condiciones de falla para controlar las tensiones de
choque y permitir la adecuada operación de los
dispositivos de protección de circuito." La MIL-STD-1310G
demanda resistencias menores de 0,1 Ω a CC y de 25 Ω
a 30 MHz para la conexión todos los equipos
eléctricos a la estructura.

23.Norma Empresarial de Sistemas de Protecciones
Integrales. ETCSA, 2007.

Requerimientos de resistencia de los conductores de
unión a tierra (según dimensionamiento de
Odemberg)

24.MIL-HDBK-419

21 January 1982

MILITARY HANDBOOK

GROUNDING, BONDING, AND SHIELDING FOR ELECTRONIC
EQUIPMENTS AND FACILITIES VOLUME II:
APPLICATIONS

1.13.3 Signal Reference and Fault Protection Subsystems.
a. Verificar la existencia de planes equipotenciales.

b. Verificar que el plano equipotencial está
unido a los elementos de acero de la estructura principal del
edificio.

c. Verificar que los elementos de acero estructural
están unidos en sus juntas de manera que posean una baja
resistencia de unión (< 1 m?). Son preferibles las
uniones soldadas. Las uniones mecánicas tienen que ser
adecuadamente limpiadas, apretadas con el torque establecido sean
luego aplicadas pinturas selladoras. Realice las mediciones de
resistencia de unión en las juntas estructurales con un
puente doblemente balanceado.

e. Verificar que los látigos de tierra
están unidos al plano equipotencial y que la resistencia
de unión no excede 1 m?. Inspeccionar que los
látigos de tierra están ubicados de manera tal que
ofrecen las longitudes más corta posibles al plano
equipotencial.

f. Verificar que existen al menos dos trayectorias
eléctricas entre el plano equipotencial y el subsistema de
electros de tierra. Preferiblemente el plano tiene que estar
unido al acero estructural principal del edificio. Mida la
resistencia entre los puntos seleccionados en el plano y el
subsistema de electros de tierra, verificando que ésta no
excede 5 m?.

g. Inspeccionar la continuidad y unión de todas
las tuberías metálicas de
conducción.

h. Verificar que todas las estructuras de soporte para
electricidad y los bandejas de cable están interconectados
y unidos.

i. Inspeccionar la conexión a tierra de los
sistemas de distribución eléctrica.

1.13.4 Puentes y Uniones.

a. Además de la inspección de las uniones
estructurales, se inspeccionan todas las uniones respecto a su
adecuada limpieza, correcto apriete y protección contra la
corrosión. Esta particularmente alerta si está
conforme a las recomendaciones de las Secciones 1.7.1 y
1.7.3.

b. Realice verificaciones de la resistencia en las
uniones seleccionadas. Use el método del puente doblemente
balanceado descrita en la Sección 2.2.3.1. Todas las
uniones deberán tener una resistencia de 1 m? o menos;
aquellas que no lo cumplan tienen que corregirse.

25.NORMA TECNICA COMOLOMBIANA PATA SISTEMAS DE PUESTA
A TIERRA.

CAPÍTULO 9. "MEDICIONES EN UN SISTEMA DE
PUESTA A TIERRA"

Seguridad
personal

Disponer de una buena conexión a tierra y
controlar periódicamente la misma son condiciones muy
importantes en toda instalación eléctrica porque,
además de disminuir riesgos de destrucción de
bienes materiales y asegurar un correcto funcionamiento de la
protección contra sobretensiones transitorias, evita la
muerte de las personas al exponerse a tensiones de contactos en
masas metálicas superiores a las permisibles.

La norma internacional IEC 60479 (Effects of current on
human beings and livestock) partes 1 y 2, trata en detalle los
efectos de la corriente eléctrica sobre el cuerpo humano.
Estos efectos tienen desenlaces fatales dependiendo del valor de
la intensidad y el tiempo de duración.

El sistema de puesta a tierra permite establecer un
bucle cerrado, y en el caso de que en un cuerpo metálico
(conductor) haya una elevada tensión de contacto, crea una
corriente de fuga que es detectada y extinguida por los
dispositivos de protección diferencial.

Se debe asegurar una baja resistencia de conexión
a tierra, con el fin de garantizar la mayor intensidad de
corriente posible en caso de defecto a tierra. Por este motivo,
todas las masas metálicas han de estar unidas a un
conductor de tierra de protección (PE). Según el
esquema de conexión a tierra (ECT), este conductor
tendrá una conexión a tierra en la propia
instalación o se conectará a tierra en la fuente de
suministro eléctrico.

La continuidad de los conductores de tierra de
protección es vital para garantizar una tensión de
contacto segura para los seres vivos y salvaguardar los
equipos.

En situaciones que involucren la superficie del suelo,
la seguridad de las personas se crea por la interconexión
de todos los puntos dentro del área de trabajo y no por la
conexión entre dicha área y el suelo. Debido a que
las resistencias de los cables de unión no son cero sino
valores finitos, es imposible crear una verdadera "zona
equipotencial". Aún cuando este término no es el
más acertado, muchas personas insisten en llamarle
así. Por lo tanto, se admite la creación de una
zona dentro de la cual las diferencias de tensión sean
mínimas, garantizando que la corriente que circule por el
cuerpo esté limitada a un nivel que no sea
peligroso.

Como puede verse, la seguridad personal depende
sobretodo de que los cables de unión tengan bajas
resistencias, o sea, grandes secciones transversales para
minimizar las caídas de tensión dentro de la
llamada "zona equipotencial". Por otro lado, no es importante el
valor de la resistencia por medio de la cual dicha zona se
conecta con el suelo.

¿Por qué la resistencia de conexión
a tierra tiene impacto en la seguridad personal? Esto sucede
cuando no se han hecho los esfuerzos necesarios por crear una
zona equipotencial. Consecuentemente, los pies de una persona
podrían estar sobre una tierra remota con relación
a aquella en la cual se está drenando la corriente
perturbadora, mientras que sus manos u otras partes de su cuerpo
podrían estar en contacto con un objeto que esté
sometido a una elevación de potencial de tierra (GPR, por
sus siglas en ingles). En esta situación, el riesgo
podría ser más alto cuanta más alta sea la
GPR, o sea, cuando la resistencia a tierra es mayor. Sin embargo,
no se garantiza la seguridad de las personas aún cuando se
reduzca la resistencia de conexión a tierra.

El procedimiento de diseño de las subestaciones
eléctricas explica mejor el aspecto anterior. La
conexión a tierra se realiza mediante una malla de
conductores horizontales enterrados que abarca el área de
la subestación. La resistencia a tierra está
determinada por el área total que ocupa la malla, es
decir, la longitud total de conductores desnudos en contacto con
el suelo y, por supuesto, la resistividad del suelo. Por otro
lado, las tensiones de paso y contacto están
fundamentalmente determinadas por el espaciamiento entre los
conductores que forman la malla, o sea, el llamado "ancho de
rejilla". Como el ancho de rejilla es independiente del
área total de la malla, puede presentarse una
situación en la cual no haya seguridad para las personas
aún cuando la GPR sea baja y los equipos estén
protegidos. De modo contrario, las personas pueden estar seguras
si el ancho de rejilla es pequeño aún cuando la GPR
sea alta. Una de las formas más efectivas en el control de
las peligrosas tensiones de paso y contacto es la
disminución del espaciamiento entre los conductores que
forman la malla en el interior de la subestación,
asemejándose a una placa continua.

Para disminuir la GPR que puede desarrollarse en la
malla de tierra, deben evaluarse las siguientes
soluciones:

1) Disminución de la resistencia total de tierra
para disminuir tanto la GPR y como la máxima
tensión transferida. La vías más efectivas
son el incremento del área ocupada por la misma o la
colocación de varillas verticales si el área
disponible es limitada y estas penetran hasta capas de baja
resistividad 2) Desviación de una parte de la falla de
corriente hacia otros caminos.

3) Limitación de la corriente de falla total por
algún método que no implique el aumento de tiempo
de limpieza de la misma.

Si bien los valores de las tensiones de paso y de
contacto generadas por la disipación de corrientes en el
suelo usualmente están fuera de nuestro control una vez
construida la malla, se puede lograr su regulación
mediante otros métodos. Generalmente se aplica la
adición de una capa de un material de alta resistividad
encima de la superficie del suelo. Con este fin se usan la
gravilla y el asfalto, siendo el primero más ampliamente
usado en las subestaciones eléctricas. En caso de que por
estos medios no pueda lograrse una situación segura,
entonces habrá que recurrir a la colocación
barreras físicas alrededor del objeto peligroso que
impidan la aproximación de las personas a
éste.

Conclusiones

Evidentemente, desde el punto de vista de la seguridad
personal puede ser útil una baja resistencia a tierra
cuando de trata de las mallas de subestaciones eléctricas
y similares y no se ha logrado la equipotencialidad de la zona
mediante otras medidas. En estos casos, mientras mayor es el
valor de la tensión de operación de la
subestación, menor deberá ser el de resistencia a
tierra con vistas a ayudar al control de las peligrosas tensiones
de paso y contacto que pueden causar lesiones a los seres vivos.
Sin embargo, en los sistemas eléctricos de baja
tensión, para la protección contra las fallas
eléctricas y los efectos del rayo, este valor carece de
trascendencia. El aspecto más importante es el de
unión equipotencial, para lo cual los conductores
deberán ofrecer muy bajos valores de resistencia y esto se
logra cuando los mismos tengan una adecuada área de
sección transversal, mínima longitud posible y un
trazado sin dobleces agudos.

Siempre tendrá mérito disponer de una
resistencia a tierra muy baja, pero es necesario comprender que
la protección puede lograrse aún sin la presencia
de una tierra de baja impedancia y sí por medio de una
adecuada unión equipotencial al sistema eléctrico.
Esto pudiera parecer contrario a lo que habitualmente se dice,
pero es más importante es la ecualización de las
tensiones que de la derivación de corriente – aunque
ambos están relacionados. Debe considerarse que hay sitios
en el planeta, donde por la alta resistividad del suelo, no es
alcanzable de manera práctica y económica una
conexión a tierra de baja impedancia. En estos lugares, la
instalación de electrodos de tierra realmente es
más un sistema de unión. La clave para evitar
daños a la estructura, al sistema eléctrico o a los
equipos conectados a éste es crear un medio donde los
sistemas de puesta a tierra, de unión equipotencial y de
protección eviten las diferencias de potencial entre
puntos del sistema eléctrico. Si no hay diferencia de
potencial, no puede circular corriente – como establece la Ley de
Ohm- o a la inversa, si circula corriente sin la presencia de una
impedancia significativa, no se creará una gran diferencia
de potencial. Este planteamiento no tiene la intención de
"restar valor" al concepto de conexión a tierra sino la de
"resaltar la importancia" de una correcta unión
equipotencial.

Parece ser que lo ocurrido es una confusión de
los conceptos de resistencia a tierra y de resistencia de
conexión a tierra que tienen gran incidencia en el logro
de la seguridad personal. Este equivoco pudiera tener su origen
en una interpretación errónea de las definiciones
que aparecen en textos técnicos generalmente en idioma
inglés o en los bajos valores de resistencia a tierra que
muchos fabricantes demandan para sus equipos y sistemas. Este
hecho ha conllevado a que actualmente muchos especialistas exijan
e intenten lograr bajos valores de resistencia a tierra como si
esta fuera de importancia capital para la adecuada
operación de los sistemas que integran.

Autor:

Ing. Frank Amores
Sánchez

Especialista PCI Dirección de I+D.
APCI