El sistema de puesta a tierra (SPT) comprende las conexiones que se hacen al subsuelo con el fin de dar un soporte de la seguridad eléctrica. Los SPT deben garantizar capacidad de dispersión y disipación de las corrientes que conducen, esto minimizando los potenciales riesgos en la superficie.
¿Cuáles son los objetivos de un SPT?
Los objetivos principales del sistema de puesta a tierra son garantizar la:
- Seguridad de las personas.
- Protección de las instalaciones.
- Compatibilidad electromagnética.
Estos objetivos se cumplen cuando el sistema de puesta a tierra, brinda condiciones de seguridad a los seres vivos, cuando permite a los equipos de protección despejar rápidamente las fallas. También cuando:
- Sirve de referencia al sistema eléctrico.
- Conduce y disipa con suficiente capacidad las corrientes de falla.
- Sirve como elemento conductor de retorno en transmisión de señales RF en onda media.
¿Qué permiten las puestas a tierra?
Los sistemas de puestas a tierra permiten entre otras cosas la conducción adecuada de:
- corrientes eléctricas generadas por rayos.
- Cargas por Electricidad estática.
- Cargas por fallas del sistema.
¿Por qué es importante un SISTEMA DE PUESTA A TIERRA?
Así como en las construcciones civiles de edificios, se tiene una cimentación, unas bases firmes, para los sistemas eléctricos la base de la seguridad se centra en los SPT, es por eso que los SPT deben estar en la mejor condición para garantizar el estado de todo el sistema eléctrico.
El SPT permite la seguridad de los seres vivos y de las instalaciones (en conjunto con otros sistemas), y si no se tiene este sistema base, será un absoluto peligro todo tipo de instalación que tenga electricidad.
Para garantizar una buena condición del sistema de puesta a tierra, la topología debe ser la adecuada para la instalación, los equipos deben estar debidamente conectados al SPT, los conductores deben ser los adecuados (calculados y verificados para tal uso), todas las conexiones deben estar y ser lo suficientemente seguras y que cumplan su función, el suelo debe garantizar la disipación correcta de las corrientes que se dirigen hacia él por medio del SPT.
¿Quién puede Diseñar y Construir un SPT?
Debido a que este proceso involucra al menos 20 ciencias y muchas variables iterdependientes (alrededor de 30), se debe tener en cuenta la experiencia y la capacidad técnica de aquel ingeniero electricista, o ingeniero electromecánico que diseña, construye y realiza mantenimiento a los sistemas de puesta a tierra, ya que de eso dependerá la confiabilidad del sistema y por supuesto, la seguridad para los seres humanos, los animales, el ambiente y las instalaciones.
El ingeniero que se encarga de este proceso deberá tener muy en cuenta la aplicación de las normas internacionales y adoptadas por cada país para su correcto desarrollo, es decir, no ir en contravía de lo que se conoce y se ha estudiado como mejor para la seguridad eléctrica y de las personas.
¿Qué ciencias intervienen en los sistemas de puesta a tierra SPT?
Este es un tema que involucra una gran variedad de ciencias, entre las cuales se encuentran las siguientes:
Edafología, electricidad, electromagnetismo, electrónica, electroquímica, estadística, ética, física, galvanoplastia, geotermia, geotecnica, geoquímica, geomorfología, geología, geomagnetismo, geofísica, geoelectricidad, gravimetría, hidrogeologia, informática, limnología, matemáticas aplicadas, metalización, metrología, microbiología, sismología, minerología, pedología, química, termodinámica y salud ocupacional.
¿Cuáles son los componentes básicos o primordiales de un SISTEMA DE PUESTA A TIERRA?
El sistema de puesta a tierra se puede discriminar en dos grandes bloques: la puesta a tierra (bajo el nivel del suelo: enterrada) y los cableados (red equipotencial) por encima del terreno. Los componentes básicos del sistema son los siguientes:
- Conductor de tierra.
- Barraje aislado (de neutro o tierra).
- Conductor aislado de puesta a tierra de equipos.
- Barraje de Neutro.
- Barraje equipotencial.
- Bobinas de choque.
- Canalización metálica certificada.
- Conductor neutro.
- Conductores de puesta a tierra de equipos.
- Cargas alimentadas desde una acometida común.
- Conexión equipotencia.
- Conexiones de puesta a tierra.
- Electrodos de puesta a tierra (varilla de puesta a tierra, tubo de puesta a tierra, placa de puesta a tierra).
- Estructura metálica del edificio.
- Impedancia limitadora.
- Masa (Partes metálicas NO portadoras de corriente).
- Puesta a masa.
- Puesta a tierra.
- Suelo o terreno.
- Tomacorriente con polo a tierra.
- Transformador o sistema de distribución (punto neutro y carcasa).
¿Cuáles son los requisitos para una puesta a tierra?
Dentro de los requisitos mínimos que debe tener un sistema de puesta a tierra están los siguientes:
- El valor de la resistencia debe ser el adecuado para cada tipo de instalación.
- La variación de la resistencia debida a cambios ambientales debe ser mínima.
- Su vida útil debe ser mayor a 20 años.
- Debe ser una puesta a tierra resistente a la corrosión (fijarse en el tipo de cableado para zonas costeras).
- Su costo debe ser el más bajo posible, sin que se comprometa la seguridad.
- Debe permitir los requerimientos de las normas y especificaciones.
- Debe permitir un mantenimiento periódico (es necesario que sea inspeccionable).
¿Dónde se requiere un Sistema de Puesta a Tierra?
La necesidad de construir puestas a tierra se rige por la clasificación de sistemas eléctricos que se muestra a continuación:
- Sistemas de corriente continua bipolar.
- Sistemas de corriente continua tripolar.
- Algunos sistemas de corriente alterna de menos de 50 voltios.
- Casi todos los sistemas de corriente alterna de 50 a 1000 voltios.
- Todos los sistemas de corriente alterna de 1 kV y más.
También es necesario realizar conexiones de puesta a tierra en:
- Aparatos eléctricos para más de 50 voltios en fábricas y residencias.
- Sistemas de corriente continua.
- Centro de la estrella en generadores y transformadores.
- Pararrayos.
- Torres de líneas de transmisión y de comunicaciones.
- Sitios de cargue y descargue de combustibles.
- Máquinas que generan electricidad estática.
- Áreas de atención crítica en hospitales.
- Algunos sistemas con tensiones menores a 50 voltios.
- Herramientas eléctricas portátiles.
- Trabajos de mantenimiento en líneas desenergizadas.
¿Dónde no se requiere un Sistema de Puesta a Tierra?
Debido a la forma que están percibidos estos equipos y sistemas, no es necesario instalarle sistema de puesta a tierra o conexión de puesta a tierra a estos equipos y sistemas:
- Sistemas de muy baja tensión.
- Equipos con doble aislamiento.
- Sistemas de iluminación que trabajen a menos de 30 voltios.
- Bancos de condensadores en media tensión.
- Alimentación de celdas electrolíticas.
- Grúas en locales clase III.
- Sistemas de aislamiento (hospitales, minas, pozos).
¿Cuáles son los Tipos de Sistemas de puesta a tierra?
Los sistemas de puesta a tierra se pueden clasificar en dos grupos: en sistemas de puesta a tierra permanentes para sistemas eléctricos y en sistemas temporales para trabajos de mantenimiento.
Sistema de puesta a tierra permanentes
- Configurados artificialmente.
- De alta frecuencia.
- Para corriente continua
- De equipos de comunicaciones.
- Para equipos de cómputo.
- De estática.
- Para subestación.
- De pararrayos.
- De protección catódica.
Sistema de puesta a tierra temporales
- De baja tensión.
- Para media tensión.
- De alta tensión.
- De electricidad estática.
- Para cargue y descargue de combustibles.
Algunos problemas en los Sistemas de Puesta a tierra
Después de décadas en estudios de las fallas en el sector eléctrico, incluidos, líneas de transmisión, de distribución, edificaciones, entre otras, se ha identificado que un gran porcentaje (aproximadamente 60%) de las fallas han sido por impactos directos o indirectos de los rayos.
Adicional a que los rayos sean de los principales generadores de fallas, tiene mucho que ver, que los sistemas de protección y mitigación (como el sistema de puesta a tierra) estén mal construidos, mal diseñados, o mal implementados, a continuación se presentan unos de los defectos más conocidos en los SPT.
Los defectos más encontrados de los SPT
- Altas Resistencias de Puesta a tierra.
- Puestas a neutro y no a tierra.
- Acoplamiento en modo común.
- Pérdidas de equipotencialidad (por falta de mantenimiento a la sección equipotencial)
- Varias conexiones de neutro a tierra (debe haber solo una).
- Ausencia de mallas para alta frecuencia (no basta con las de baja).
- Muchos electrodos de puesta a tierra en suelos de alta resistividad.
- Deterioro de los tratamientos al terreno, o que en la especificación estaban pero en la práctica no se hicieron.
- Ausencia del mantenimiento del sistema.
- Más de una conexión a tierra para equipos sensibles.
- Tomacorrientes sin PAT aislada para equipos sensibles.
- Ausencia total de puestas a tierra (ni siquiera electrodos hay).
- Demarcación de colores errada.
- Tomacorrientes polarizados equivocadamente.
- Bajo calibre del neutro (no cumplen los riquisitos de las normas o cálculos).
- Lazos o bucles de tierras.
- Tierras alejadas (separadas) pero no independientes.
- Cables de comunicaciones coaxiales con múltiples conexiones a tierra.
- Interconexiones inadecuadas.
- Resonancia a radio frecuencia.
- Calibres menores a los requeridos según la norma o el cálculo.
- Carencia de barrajes equipotenciales.
- Puestas a tierras sin hilo de continuidad.
- Conducciones metálicas sin equipotencialidad.
- Electrodos muy cercanos (muy próximos).
- Falsas conexiones a tierra.
- Electrodos demasiado cortos (sin cumplir lo mínimo exigido).
- Conexiones con deterioros.
- Electrodos de mala calidad (no certificados para tal uso).
Preguntas ¿? frecuentas sobre los sistemas de puesta a tierra.
A continuación dejamos unas preguntas que suelen suceder frecuentemente y damos su respectiva respuesta.
¿Cualquier ingeniero o profesional en electricidad puede diseñar y construir un SPT?
RTA: Debe ser un ingeniero con experiencia y estudio profundo del tema ya que en este ámbito intervienen más de 20 ciencias.
¿En la terminología de puesta a tierra «Ground» es diferente a «earth» ?
RTA: Al buscar en la norma IEC 60050-195, esta establece que son dos términos equivalentes, es decir, puesta a tierra, grounding=earthing.