La puesta a tierra es un sistema de seguridad (obligatorio en todas las instalaciones eléctricas) cuyo fin es descargar las corrientes de fuga que puedan producirse al terreno, es decir, protege frente a contactos indirectos, como, por ejemplo, a través de electrodomésticos o tuberías.
También, al actuar conjuntamente con varistores y otras protecciones similares, permite derivar sobretensiones transitorias -causadas a menudo por fenómenos meteorológicos (e.g. rayos)- a tierra, protegiendo tanto la instalación como a sus usuarios.
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PARTES DE LA PUESTA A TIERRA
La ITC-BT-18 del REBT, que regula las instalaciones de puesta a tierra, distingue en un total de nueve elementos, cuatro de ellos conductores y los cinco restantes componentes del edificio o de la instalación, todos ellos se listan a continuación:
| ID | Elemento |
|---|---|
| 1 | Conductor de protección |
| 2 | Conductor de unión equipotencial principal |
| 3 | Conductor de tierra de enlace con el electrodo |
| 4 | Conductor de equipotencialidad secundaria |
| B | Borne principal de tierra o punto de puesta a tierra |
| M | Masa |
| C | Elemento conductor |
| P | Canalización metálica principal de agua |
| T | Toma de tierra (electrodos) |
Los conductores de equipotencialidad (2&4) unen elementos conductores (C) no electrificados -como canalizaciones de agua o estructuras soporte- a las masas (M, cubiertas metálicas de aparatos eléctricos, e.g. marco de un panel solar) o directamente al borne de puesta a tierra (B) en el caso particular de que el elemento en cuestión sea la canalización principal de agua (P).
Las masas (M) se unen a través de los conductores de protección (1) al borne principal de tierra (B), desde este último parten los conductores de tierra (3) hasta la toma de tierra (T) que es el punto de contacto con el terreno a donde se derivan las fugas y sobretensiones.
La toma de tierra (T) consiste en uno o varios electrodos de cobre anclados al terreno y accesibles a menudo únicamente a través de arquetas. Estos elementos son básicamente picas o placas que pueden estar enterradas verticalmente u horizontalmente.
SECCIÓN DE LOS CONDUCTORES
La sección de los conductores dependerá de la función que cumplan (protección, equipotencialidad o enlace a tierra), del método de instalación empleado, del material con el que se fabriquen (cobre, aluminio) y de la sección de los conductores activos del circuito que protejan.
Cabe aclarar que siempre se debe elegir un calibre igual o inmediatamente superior a la sección calculada, además, en el caso de utilizar un material diferente al cobre, será necesario corregir el valor obtenido de tal modo que la resistencia del conductor sea la misma.
| Calibres → 2,5 / 4, 6 / 10 / 16 / 25 / 35 / 50 / 70 / 95, … [mm2] En el caso de usar aluminio aumentar la sección en un ~ 66%. |
La sección de los conductores de protección (1) deberá ser como mínimo la indicada en la siguiente tabla, donde se establece la relación de sección que debe respetarse respecto los de fase o activos del circuito protegido, respetando un mínimo de 2,5 [mm2] si se dispone de protección mecánica o de 4 [mm2] en caso contrario.
Los conductores de tierra (3) también deberán cumplir los mismos requisitos que los conductores de protección (1) y en el caso de que estén enterrados deben estar de acuerdo a las condiciones de la siguiente tabla (señalar que el apartado 3.4 se refiere a los criterios de los conductores de protección). Cabe destacar que en la práctica lo más habitual es el empleo de cables de 35 o 50 [mm2] de cobre independientemente de la potencia de la instalación para la unión entre electrodos.
El conductor principal de equipotencialidad (2) debe tener una sección no inferior a la mitad de la del conductor de protección de sección mayor de la instalación, con un mínimo de 6 [mm2]. Sin embargo, su sección puede ser reducida a 2,5 [mm2], si es de cobre.
En el caso particular de los conductores de equipotencialidad secundaria (4), que unen los elementos conductores (C) con las masas (M), la sección no será inferior a la mitad de la del conductor de protección unido a su vez a la masa.
CÁLCULO DE LOS ELECTRODOS
Para que una instalación de puesta a tierra pueda actuar correctamente es fundamental que la resistencia entre los elementos conductores o masas y el terreno, denominada resistencia de tierra, sea lo suficiente baja como para que la corriente de fuga se desvíe efectivamente al terreno y no a través de otros medios (e.g. usuarios en contacto).
Los electrodos se dimensionarán de forma que la resistencia de tierra sea tal que cualquier masa no pueda dar lugar a tensiones de contacto superiores a 24 [V] en local o emplazamiento conductor y 50 [V] otros casos. La resistencia será pues función de este voltaje y de la intensidad máxima de fuga permitida, la cual está limitada por la sensibilidad del interruptor diferencial instalado:
Resistencia de tierra máxima = Tensión de contacto máxima ([V]) / Sensibilidad del diferencial ([A]) ≡ [Ω]
| Sensibilidad del diferencial | Resistencia de tierra máxima a 24 | 50 [V] |
|---|---|
| 10 [mA] | 2400 | 5000 [Ω] |
| 30 [mA] | 800 | 1666,67 [Ω] |
| 300 [mA] | 80 | 166,67 [Ω] |
Cabe advertir que en el caso particular de instalaciones que incluyan alumbrado exterior el valor de la puesta a tierra será como máximo de 30 [Ω] por exigencia de la ITC-BT 09. A parte de estos criterios, cabe destacar que muchas guías técnicas recomiendan otros límites:
| Casos | Resistencia de tierra recomendada |
|---|---|
| Criterio general | 20 [Ω] |
| Edificios sin pararrayos | 37 [Ω] (guía ITC-BT-26) / 80 [Ω] (NTE–IEP) |
| Edificios con pararrayos | 15 [Ω] |
| Equipos electrónicos sensibles | 2-5 [Ω] |
Conocido el valor de la resistencia máxima admisible se procede a calcular el número de electrodos necesarios en función del tipo de electrodo empleado (tabla 5) y resistividad del terreno (tablas 3/4). Normalmente se usan picas de cobre de 1,5 / 2 [m] de largo o placas de entorno 0,5-1 [m2].
1) Tipo de terreno → Tablas 3 y 4 → Resistividad del terreno
2) Método empleado, resistencia máxima , resistividad del terreno → Tabla 5
3) Tabla 5 → Longitud o perímetro total requerido → Número de electrodos necesarios
Nota: estas tablas se pueden consultar en la ITC-BT 18 del REBT.
Este método simplificado permite estimar el número de electrodos a conectar entre sí, no obstante, para un cálculo más preciso se recomienda emplear la metodología UNESA descrita en el documento Método de Cálculo y Proyecto de Instalaciones de Puesta a Tierra para Centros de Transformación de 3ª Categoría.
CASO PRÁCTICO
Se desea calcular la puesta a tierra de una instalación de autoconsumo fotovoltaico trifásica de 60 [kWn] a ejecutar en una fábrica, de la cual se sabe que las ramas de paneles tienen una sección de 4 [mm2] y los de fase/neutro a la salida del inversor de 35 [mm2].
También cabe destacar que se ha decidido aprovechar la toma de tierra del edificio para la parte de corriente alterna, mientras que el circuito de corriente continua dispondrá de su propia tierra independiente al estar los paneles alejados del edificio. Por último, se ha determinado que la resistividad del terreno es 400 [Ωm].
PASO 1 – Elegir la sección de los conductores equipotenciales, de protección y enlace en CC.
Al ser la sección de los polos del circuito de corriente continua inferior a 16 [mm2], la sección de los cables de protección deberá ser igual a la de las ramas (ver tabla 2 / figura 5), es decir, 4 [mm2]. Estos cables unirán el campo fotovoltaico con el borne de puesta a tierra.
En base a esto se determina que el conductor de equipotencialidad secundaria, el cual une los paneles a sus estructuras soporte, deberá tener una sección de al menos 2,5 [mm2], ya que se exige que sea como mínimo la mitad de la del conductor de protección unido a su vez a la masa, que en este caso es el marco de los módulos fotovoltaicos.
Por último, suponiendo que el conductor de tierra vaya a estar enterrado y no esté protegido frente a la corrosión, deberá tener una sección de al menos 25 [mm2], tal y como se indica en la tabla 1 (figura 6), ya que este criterio es más desfavorable que el de la tabla 2 (figura 5).
PASO 2 – Elegir la sección de los conductores equipotenciales, de protección y enlace en CA.
Como la sección de las fases del circuito de corriente alterna es superior a 16 [mm2] y menor o igual a 35 [mm2], la sección de los cables de protección deberá ser igual a 16 [mm2] (ver tabla 2 / figura 5). Estos cables unirán el inversor y las bandejas metálicas si las hubiese al borne de puesta a tierra existente en el edificio.
En este caso no hay conductores de equipotencialidad. El conductor de enlace entre el borne y los electrodos es el existente en el edificio, el cual deberá cumplir los requisitos de la tabla 1 (figura 6) y disponer de una sección de como mínimo 16 [mm2].
PASO 3 – Calcular los electrodos necesarios para la puesta a tierra del circuito CC.
Dado que se trata de una industria, se supondrá que se va a instalar un diferencial con una sensibilidad de 300 [mA], la resistividad del terreno es conocida (400 [Ωm]) y el método de instalación será mediante picas de cobre de 2 [m] de longitud enterradas verticalmente. Al ser una instalación accesible al público se considerará que se trata de local conductor, es decir, la tensión máxima de contacto es 24 [V].
Resistencia de tierra máxima = Tensión de contacto máxima ([V]) / Sensibilidad diferencial ([A]) = 80 [Ω]
Tabla 5 / Figura 9 → Método: pica vertical → Resistencia = Resistividad / Longitud→ Longitud = 5 [m]
Número de electrodos = Longitud / Longitud unitaria = 5 / 2 = 2,5 → Se requieren de 3 unidades
Como regla general, los electrodos deberán enterrarse con una separación al menos igual a la longitud del electrodo de referencia, es decir, en este caso cada pica se situará a 2 [m] del resto.
PASO 4 – Otros aspectos secundarios.
Es importante que, en el caso de que halla un centro de transformación muy cerca de nuestra instalación, se deberá respectar una distancia de seguridad entre las puestas a tierra de ambos sistemas según lo indicado en el punto 11 de la ITC-BT-18 del REBT, es decir, unos 15 [m] para terrenos cuya resistividad no sea elevada (< 100 [Ωm]).
Finalmente, cabe destacar que, para que dos puestas a tierra sean independientes -en este caso práctico la del edificio y la del circuito de corriente continua-, se deberá cumplir que, una de las tomas de tierra, no alcance, respecto a un punto de potencial cero, una tensión superior a 50 [V] cuando por la otra circula la máxima corriente de defecto prevista.
excelente análisis, rápido