Sistema de Puesta a Tierra: Definición y finalidad según ITC-BT-18

Sistema de Puesta a Tierra

Definición y Finalidad de la Puesta a Tierra

La instrucción ITC-BT-18 establece la finalidad de las instalaciones de puesta a tierra en los siguientes términos: "Las puestas a tierra se establecen principalmente con objeto de limitar la tensión que, con respecto a tierra, puedan presentar en un momento dado las masas metálicas, asegurar la actuación de las protecciones y eliminar o disminuir el riesgo que supone una avería en los materiales eléctricos utilizados" Por otra parte, indica en qué consiste la puesta a tierra: "La puesta o conexión a tierra es la unión eléctrica directa, sin fusibles ni protección alguna, de una parte del circuito eléctrico o de una parte conductora no perteneciente al mismo mediante una toma de tierra con un electrodo o grupos de electrodos enterrados en el suelo" "Mediante la instalación de puesta a tierra se deberá conseguir que en el conjunto de instalaciones, edificios y superficie próxima del terreno no aparezcan diferencias de potencial peligrosas y que, al mismo tiempo, permita el paso a tierra de las corrientes de defecto o las de descarga de origen atmosférico" La Figura 1 muestra en detalle el funcionamiento de la puesta a tierra en el caso de una instalación eléctrica con esquema TT que supone el tipo de instalación mayormente utilizado en la práctica. Según este esquema, el neutro del secundario del transformador se conecta a una puesta a tierra y las masas de la instalación de baja tensión se conectan a otra puesta a tierra diferente. Asunción León Blasco 1Tema 20. Sistema de Puesta a Tierra SECUNDARIO TRANSFORMADOR MT/BT A Id B N C N d EQUIPO ELÉCTRICO Ud FALLO DE AISLAMIENTO RB RA d Figura 1. Esquema de una derivación accidental a tierra a través de una masa Para entender como opera esta protección, nos fijamos en la parte del receptor de carcasa metálica denominado masa, un electrodo metálico en contacto con el terreno y un conductor que une estos dos elementos. Si por un funcionamiento anormal una de las fases hiciera contacto eléctrico con la masa, esta se pondría a una tensión Ud. Debido a la diferencia de potencial aparecida, circularía una corriente de defecto Ia desde la carcasa al electrodo, donde se difundiría a través del terreno. Si el sistema de puesta a tierra se coordina con un dispositivo de protección de corte por intensidad diferencial residual, la instalación eléctrica se desconectaría automáticamente cuando Ia alcanzase el valor de la sensibilidad de la protección. Además, si la resistencia del sistema de puesta a tierra fuese reducida, en el caso de entrar una persona en contacto con la carcasa, la mayoría de la corriente derivaría por los conductores de tierra en lugar de por el cuerpo humano ta que ofrecen una menor resistencia al paso de la corriente eléctrica, reduciendo la posibilidad de electrocución hasta la actuación de las protecciones.

Elementos del sistema de puesta a tierra

En un sistema de puesta a tierra cabe distinguir entre dos partes fundamentales: la instalación eléctrica de tierra y la toma de tierra. Cada uno se descompone a su vez en distintos elementos, por lo que se analizan por separado.

La toma de tierra

Es la parte del sistema de puesta a tierra que está en contacto con el terreno. Sus componentes son:

• Los electrodos: son elementos metálicos en contacto directo con el terreno que se encargan de difundir las corrientes a la tierra. Pueden adoptar distintas formas constructivas como chapas, cables, barras, anillos o mallas, etc. La ITC-BT-18 establece que la profundidad de enterramiento de las tomas de tierra debe ser de tal magnitud que no aumente la resistencia de tierra por efecto de la pérdida de humedad del suelo, presencia de hielo u otras causas climáticas. Así, determina que el valor mínimo de enterramiento es de 50 cm.
• Los puntos de puesta a tierra: Son puntos de unión entre la toma de tierra y la instalación eléctrica de tierra. Disponen de un borne donde se conectan, por un lado, los conductores de tierra, por otro, los conductores de protección y los conductores de la red equipotencial principal. Figura 2. Detalle de un punto de puesta a tierra. A la izquierda la tapa de la caja de registro y a la derecha la borna donde se unen los conductores de tierra con los de protección Según el REBT, los puntos de puesta a tierra pueden instalarse en:

• Los patios de luces destinados a cocinas y cuartos de aseo, etc., en rehabilitación o reforma de edificios existentes. Asunción León Blasco 3Tema 20. Sistema de Puesta a Tierra
• El local o lugar de la centralización de contadores, si la hubiere.
• La base de las estructuras metálicas de los ascensores y montacargas, si los hubiere.
• El punto de ubicación de la caja general de protección.
• Cualquier local donde se prevea la instalación de elementos destinados a servicios generales o especiales, y que por su clase de aislamiento o condiciones de instalación deban ponerse a tierra.
• Líneas de enlace con tierra o conductores de tierra: Es la parte de la instalación que une los electrodos con los puntos de puesta a tierra. Según la ITC-BT-18 debe tener unas dimensiones mínimas que se resumen en la Tabla 1: Tabla 1. Sección mínima del conductor de tierra Tipo Protegido mecánicamente No protegido mecánicamente Protegido contra la corrosión Será igual a la del conductor de protección Cobre: 16 mm2 Acero galvanizado: 16 mm2 No protegido contra la corrosión Cobre: 25 mm2 Hierro: 50 mm2

La instalación eléctrica de tierra

La constituyen todos los elementos de la instalación eléctrica destinados a unir las masas con la toma de tierra. Se compone de:

• Línea principal de tierra: Comienza en el punto de puesta a tierra y termina en el embarrado de protección de la centralización de contadores, donde empiezan las líneas secundarias de tierra. Puede ejecutarse mediante conductores desnudos o aislados, barras planas o redondas, y debe contar con protección mecánica en los lugares en que sea accesible, así como en los pasos de paredes, techos, etc. Asunción León Blasco 4Tema 20. Sistema de Puesta a Tierra
• Línea secundaria de tierra: Parte del embarrado de protección y termina en el origen de la instalación interior. Se canaliza conjuntamente con la derivación individual y su sección se calcula con la Tabla 5 del tema 19. Suele llamársele también conductor de protección, aunque realmente no lo sea.
• Conductores de protección: En el último tramo de la instalación eléctrica de tierra, los conductores de protección unen las masas con las líneas secundarias de tierra para que en caso de entrar en tensión la intensidad de defecto siga su camino a través del sistema de puesta a tierra hasta difundirse en el terreno. La sección de estos elementos también se determina aplicando los criterios de la Tabla 5 del tema 19. Para diferenciarse del resto de conductores, los cables de la instalación eléctrica de tierra son de color amarillo con líneas verdes. Figura 3. Cable para la instalación eléctrica de tierra

Ejecución del sistema de puesta a tierra

La instalación de puesta a tierra es el sistema más empleado para la protección contra contactos indirectos. Por ello el REBT establece que cuando se construya un edificio nuevo, debe ejecutarse una toma de tierra de protección instalando en el fondo de zanjas de cimentación un cable rígido de cobre desnudo formando un anillo cerrado que interese a todo el perímetro del edificio, que puede completarse con picas verticales si se necesitase un valor de resistencia menor (ver ITC-BT-26). La profundidad de enterramiento mínima es de 50 cm aunque en los lugares donde se prevean heladas se recomienda enterrarlos al menos a 80 cm. Figura 4. Electrodo de puesta a tierra enterrado todo el perímetro del edificio como mínimo a 50 cm Asunción León Blasco 5Tema 20. Sistema de Puesta a Tierra Si con este electrodo no fuera suficiente para conseguir el valor de resistencia de tierra que garantice la protección, se añaden picas verticales conectadas al anillo. Se conecta a la tierra de protección:

• Toda masa metálica importante existente en la zona de instalación y las masas metálicas de los aparatos receptores cuando su clase de aislamiento o condiciones de instalación así lo exijan.
• Las partes metálicas de los depósitos de gasóleo.
• Las instalaciones de calefacción general, agua y gas canalizado.
• La instalación de antena colectiva de TV y FM.
• La instalación de pararrayos si lo hubiese
• Las estructuras metálicas y armaduras de muros y soportes de hormigón.

Cálculo y diseño de la puesta a tierra de un edificio

Información Previa para el diseño

El diseño del sistema de puesta a tierra consiste en determinar, entre otras cosas, los tipos de electrodos, sus dimensiones y su número para garantizar la protección contra contactos indirectos de los usuarios. Pensando básicamente en un edificio de nueva construcción, los datos necesarios para realizar este cálculo son:

• Plano de planta de la cimentación.
• Situación de las líneas principales de bajada a tierra de las instalaciones y masas metálicas.
• Resistividad del terreno, definida como la resistencia eléctrica que presenta al paso de la corriente una porción de terreno de forma cúbica con un metro de arista. Se mide en 22·m y se representa por la letra p. El último valor puede ser obtenido de dos formas diferentes: mediante consulta de tablas o por medición directa. Asunción León Blasco 6Tema 20. Sistema de Puesta a Tierra

Consulta de tablas de resistividad

La ITC-BT-18 ofrece unos valores orientativos para realizar el diseño de la puesta a tierra recogidos en una serie de tablas. La primera de ellas da la resistividad en función de la naturaleza del terreno (tabla 2), y la segunda un valor medio aproximado dependiendo de las características globales del terreno (tabla 3). Tabla 2. Valores orientativos de la resistividad del terreno en función de su composición Naturaleza del Terreno Resistividad en 2.m Terrenos pantanosos De algunas unidades a 30 Limo 20 a 100 Humus 10 a 150 Turba húmeda 5 a 100 Arcilla plástica 50 Margas y Arcillas compactas 100 a 200 Margas del Jurásico 30 a 40 Arena arcillosa 50 a 500 Arena silícea 200 a 3.000 Suelo pedregoso cubierto de césped 300 a 500 Suelo pedregoso desnudo 1.500 a 3.000 Calizas blandas 100 a 300 Calizas compactas 1.000 a 5.000 Calizas agrietadas 500 a 1.000 Pizarras 50 a 300 Roca de mica y cuarzo 800 Granitos y gres procedentes de alteración 1.500 a 10.000 Granito y gres muy alterados 100 a 600 Tabla 3. Valores medios orientativos de la resistividad del terreno en función de sus características globales Naturaleza del Terreno Valor medio de la resistividad en Q.m Terrenos cultivables y fértiles, terraplenes compactos y húmedos 50 Terraplenes cultivables poco fértiles, y otros terraplenes 500 Suelos pedregosos desnudos, arenas secas permeables 3.000 Asunción León Blasco 7