¿Qué es la puesta a tierra? Tipos, normas, resistencia del suelo y guía de aplicación

La seguridad en las instalaciones eléctricas se garantiza no solo seleccionando los materiales adecuados, sino también conectando el sistema a tierra de acuerdo con las normas internacionales. La puesta a tierra es uno de los componentes más críticos de las instalaciones eléctricas, tanto para la seguridad de las personas como para la protección de los equipos. En esta guía, analizaremos en detalle qué es la puesta a tierra, por qué se realiza, sus tipos, normas, la medición de la resistencia de tierra y los pasos básicos de su aplicación desde una perspectiva de ingeniería.

¿Qué es la conexión a tierra?

La puesta a tierra es una práctica de seguridad que garantiza que la corriente de fuga en los sistemas eléctricos se transfiera a tierra de forma controlada , siguiendo la ruta de menor resistencia. Un sistema de puesta a tierra correctamente diseñado protege a las personas de descargas eléctricas, previene daños a los equipos y garantiza el funcionamiento seguro de las instalaciones.

En términos internacionales, según la norma TS EN 60364-5-54 , la conexión a tierra es la conexión directa de las superficies metálicas inactivas o del punto neutro a tierra a través de un conductor con continuidad eléctrica.

¿Por qué se realiza la conexión a tierra?

Sin una conexión a tierra adecuada, las fallas eléctricas pueden dañar directamente los equipos, las instalaciones y, sobre todo, a las personas. Un sistema de conexión a tierra en buen estado reduce significativamente los siguientes riesgos:

• Reducir el riesgo de descarga eléctrica: las corrientes de fuga fluyen a través del suelo, no a través del cuerpo humano.
• Eliminación de desequilibrios de tensión: Esto evita daños a los dispositivos en casos como rotura del cable neutro o desequilibrio de fase.
• Protección de equipos e instalaciones: Los dispositivos que experimentan tensión corporal se vuelven seguros gracias a la conexión a tierra.
• Protección contra rayos: Los rayos y las subidas de tensión repentinas se canalizan hacia el suelo de forma controlada.
• Continuidad operacional: Las fallas son localizadas, evitando que toda la planta se pare.

¿Cuáles son los diferentes tipos de conexión a tierra?

Las aplicaciones de puesta a tierra se pueden examinar bajo tres encabezados principales según su propósito y la estructura de la instalación: puesta a tierra de protección , puesta a tierra operativa y puesta a tierra contra rayos .

Puesta a tierra de protección

La puesta a tierra de protección es el proceso de conectar a tierra superficies metálicas inactivas (carcasas de dispositivos, carcasas de paneles, tuberías metálicas, etc.) en instalaciones eléctricas. Su objetivo principal es proteger a las personas de descargas eléctricas .

Ejemplos de aplicación:

• Terminales de tierra de tomas de corriente y dispositivos del usuario final
• Puesta a tierra de máquinas como motores, bombas y ventiladores.
• Puesta a tierra de paneles, armarios y envolventes metálicos.
• Postes de iluminación exterior y estructuras metálicas

Puesta a tierra industrial

La puesta a tierra operacional es el proceso de conectar el punto neutro o ciertos componentes del circuito de un sistema eléctrico a tierra en condiciones normales de funcionamiento, según lo exigen los principios de funcionamiento del sistema. El objetivo es garantizar el funcionamiento estable y seguro del sistema.

Ejemplos de aplicación:

• Puesta a tierra del punto estrella (neutro) del transformador
• Puesta a tierra del neutro del generador
• Puesta a tierra en punto estrella en sistemas de media tensión.

Puesta a tierra contra rayos

La puesta a tierra contra rayos es un sistema en los sistemas de protección contra rayos (SPCR) que garantiza la transmisión segura de corrientes de alta energía desde los terminales del captador y los conductores de bajada hasta tierra. La norma TS EN 62305 define los criterios de diseño para estos sistemas.

La conexión a tierra contra rayos protege edificios e instalaciones contra daños mecánicos, incendios, sobretensiones y daños a los equipos electrónicos que puedan causar los rayos.

¿Cómo hacer una conexión a tierra?

Las aplicaciones de puesta a tierra no se limitan a clavar una varilla en el suelo. Es necesario considerar conjuntamente las propiedades del suelo, la resistividad, la profundidad del electrodo, la sección transversal del conductor, las técnicas de conexión y los requisitos normativos. A continuación, encontrará los pasos básicos de una aplicación profesional de puesta a tierra.

1) Medición y diseño de suelos

Un diseño de puesta a tierra sólido requiere primero medir la resistividad (ρ) del suelo. El método más común para esto es el método de cuatro electrodos de Wenner .

ρ = 2 · π · a · R

• ρ : Resistividad del suelo (Ω·m)
• a : Distancia entre electrodos (m)
• R : Resistencia medida (Ω)

Rangos aproximados de resistencia específica según los tipos de suelo de muestra:

2) Colocación de electrodos de puesta a tierra

Los electrodos más utilizados son varillas de acero revestidas de cobre y placas de fleje galvanizado. La ubicación de los electrodos se determina según la resistencia específica del terreno y la resistencia de puesta a tierra deseada.

• Los electrodos de varilla generalmente se utilizan en longitudes como 1 m, 3 m o 6 m.
• La cabeza del electrodo debe permanecer aproximadamente 30–40 cm por debajo del suelo para protegerla de las heladas y las influencias externas.
• Si no se puede lograr la resistencia deseada, se utilizan múltiples electrodos en disposición de estrella, anillo o malla.

La ubicación del electrodo de puesta a tierra debe elegirse lo más cerca posible de los cimientos del edificio y lo más lejos de los servicios subterráneos (agua, alcantarillado, gas natural, etc.) por razones de seguridad.

3) Aplicación básica de puesta a tierra

Uno de los métodos más fiables para edificios de nueva construcción es la puesta a tierra de los cimientos . Según la norma TS EN 50522 y normativas relacionadas, se forma un bucle continuo colocando tiras galvanizadas dentro de los cimientos de hormigón.

• A lo largo de la base de la balsa o de las vigas de cimentación se colocan tiras galvanizadas (por ejemplo, 30×3 mm, 25×4 mm) .
• Se asegura la continuidad eléctrica de las armaduras de hormigón armado.
• Los terminales verticales se dejan para la conexión al exterior de la base y están conectados al sistema de conexión a tierra externo.

Gracias a la puesta a tierra de cimentaciones, se obtiene un sistema de puesta a tierra de gran superficie y baja resistencia entre el edificio y el terreno. Puede encontrar más detalles técnicos sobre esta aplicación en la guía de uso de la regleta de puesta a tierra de cimentaciones de Esco Elektrik.

4) Conexión de los conductores de puesta a tierra

El cobre, la tira galvanizada o las barras trenzadas de cobre son los materiales conductores preferidos para los conductores de puesta a tierra. La robustez y la resistencia a la corrosión de los puntos de conexión son fundamentales para la longevidad del sistema.

• Soldadura exotérmica: Proporciona una unión permanente a nivel molecular entre varillas, tiras y conductores de puesta a tierra. Es la solución más fiable contra la corrosión.
• Conexiones con pernos y abrazaderas: fáciles de instalar, pero requieren un mantenimiento regular para soportar las condiciones exteriores.
• Barras de conexión: Se utilizan para conectar diferentes ramas del sistema de puesta a tierra a un solo punto.

Se prefieren las conexiones termosoldadas , especialmente en instalaciones críticas y aplicaciones exteriores. La guía de selección de picas y placas de puesta a tierra de Esco Elektrik le ayudará a elegir los materiales adecuados.

5) Medición de la resistencia de puesta a tierra

Una vez finalizada la instalación de la puesta a tierra, se debe medir la resistencia de puesta a tierra del sistema . Para esta medición, generalmente se prefieren dispositivos especiales (megóhmetros de tierra) que utilizan el método de 3 polos (3P) o 4 polos (4P).

Valores de resistencia objetivo generalmente aceptados:

Los resultados de las mediciones deben registrarse y repetirse a intervalos regulares (normalmente al menos una vez al año en instalaciones industriales).

6) Inspecciones periódicas y mantenimiento

Los sistemas de puesta a tierra pueden experimentar una degradación de su rendimiento con el tiempo debido a la corrosión, los cambios en la estructura del suelo y los impactos mecánicos. Por lo tanto:

• En las instalaciones industriales, una vez al año,
• Los sistemas de protección contra rayos deben inspeccionarse al menos una vez al año.
• Intervalos más frecuentes en entornos peligrosos (entornos explosivos, etc.)

Se recomienda realizar mediciones e inspecciones visuales. Los puntos de conexión, las termosoldaduras, las tiras y las varillas deben inspeccionarse periódicamente y reemplazarse si es necesario.

Puntos a considerar al realizar la conexión a tierra

• Los electrodos de puesta a tierra deben estar a una distancia segura de aguas subterráneas, alcantarillado, gas natural y redes similares.
• En terrenos muy pedregosos, de arena seca o rocosos, es difícil conseguir una baja resistencia con una sola varilla; se debe preferir un sistema de múltiples electrodos y anillos.
• La conductividad del suelo afecta directamente el rendimiento del sistema; se deben preferir suelos de baja resistencia.
• Las uniones deben estar libres de holgura u oxidación, de ser posible se deberá utilizar termosoldadura.
• Las mediciones deben tomarse después de la instalación y no se deben poner en funcionamiento sistemas que superen el valor objetivo.

¿Cómo reducir la resistencia de puesta a tierra?

Se pueden utilizar los siguientes métodos para reducir la resistencia de puesta a tierra al nivel deseado:

• Instale varillas de conexión a tierra adicionales y aumente la distancia entre ellas.
• Para configurar una disposición de electrodos de tipo estrella, anillo o malla,
• Penetrando a niveles más profundos, podemos alcanzar capas húmedas y conductoras.
• Utilizando acondicionadores de suelo como la bentonita,
• Aumentar la superficie con una tira de conexión a tierra.

El contenido técnico de Esco Elektrik sobre los métodos y tipos de conexión a tierra correctos guía a los ingenieros e instaladores durante la fase de aplicación.

Materiales utilizados en la puesta a tierra

• Varillas de puesta a tierra de acero revestidas de cobre
• Conductores de tiras galvanizadas y barras planas
• Conductor de cobre y cable trenzado
• Barras de conexión a tierra y abrazaderas de conexión
• Moldes de termosoldadura y polvos de soldadura
• Cajas de puesta a tierra y puntos de conexión

La selección correcta de estos materiales, las técnicas de instalación apropiadas y el cumplimiento de las normas pertinentes forman la base de un sistema de puesta a tierra duradero y seguro.

Beneficios de los sistemas de puesta a tierra

• Minimiza el riesgo de descarga eléctrica.
• Reduce el riesgo de incendio provocado por fallos eléctricos.
• Prolonga la vida útil de los equipos eléctricos y electrónicos.
• Apoya la producción y la continuidad del negocio.
• Garantiza el cumplimiento de normativas y estándares.

Preguntas frecuentes

¿Cuál debería ser la resistencia de puesta a tierra ideal en ohmios?

En edificios residenciales y comerciales, el valor objetivo generalmente aceptado es de 5 Ω o inferior . En subestaciones, sistemas electrónicos sensibles e instalaciones de telecomunicaciones, este valor puede reducirse aún más (rango de 1 a 3 Ω).

¿Qué pasa si no hay conexión a tierra?

Sin una conexión a tierra adecuada, pueden acumularse tensiones peligrosas en las carcasas de los equipos, lo que conlleva graves riesgos como descargas eléctricas, daños en los equipos e incendios. Además, los rayos y las sobretensiones pueden causar daños considerables a las instalaciones y los equipos.

¿Cómo debe ser un cable de tierra?

El conductor de puesta a tierra suele seleccionarse entre conductores de cobre de color verde-amarillo , y su sección transversal debe cumplir con las normas pertinentes y la corriente de cortocircuito que debe soportar. La norma TS EN 60364-5-54 define los valores mínimos para las secciones transversales de los conductores de protección.

¿Con qué frecuencia se deben realizar mediciones de puesta a tierra?

En instalaciones industriales y sistemas críticos, se recomienda medir la resistencia de puesta a tierra al menos una vez al año, y cada seis meses para aplicaciones más sensibles. La inspección y medición periódicas también son obligatorias en los sistemas de protección contra rayos.

¿Qué normas deben seguirse en los sistemas de puesta a tierra?

Las principales referencias para aplicaciones de puesta a tierra en instalaciones eléctricas en Turquía son las normas TS EN 60364-5-54 , TS EN 50522 , TS EN 62305 y el Reglamento de Instalaciones Eléctricas Internas . El cumplimiento de estas normas es fundamental tanto como requisito legal como para la seguridad operativa.