Sistema de Puesta a Tierra: El Camino Seguro para Disipar la Corriente

Un sistema de puesta a tierra (SPT) es el conjunto de elementos conductores diseñados para conectar intencionadamente un circuito o instalación eléctrica con la masa terrestre. Su función es ofrecer un camino de baja impedancia para que las corrientes de falla, descargas atmosféricas o interferencias electromagnéticas puedan disiparse de forma segura en el suelo.

Finalidades principales del sistema

Seguridad de las personas:

Protege a los usuarios y operarios contra choques eléctricos indirectos. Por ejemplo, si la carcasa metálica de una máquina se energiza por una falla, el SPT asegura que esa corriente se desvíe hacia tierra, en lugar de pasar por el cuerpo humano.

Protección de equipos:

Minimiza daños en componentes sensibles causados por sobretensiones, transitorios, rayos o mal funcionamiento de interruptores.

Estabilidad del sistema eléctrico:

Establece un punto de referencia de potencial cero, crucial para el buen funcionamiento de protecciones diferenciales, relés y equipos de medición.

Disipación de cargas electrostáticas:

En ambientes industriales con líquidos inflamables o polvo, una correcta puesta a tierra evita la acumulación de cargas que puedan provocar incendios o explosiones.

Componentes de un sistema de puesta a tierra

1. Electrodo de puesta a tierra: Varillas, placas, mallas o anillos enterrados que hacen contacto físico con el suelo.
2. Conductor de puesta a tierra: Conductor que conecta el electrodo con la instalación eléctrica (ej. barra equipotencial).
3. Conductor de protección (PE): Une las masas metálicas de equipos con el sistema de tierra.
4. Uniones y empalmes: Deben tener baja resistencia y mantenerse libres de corrosión o pintura.

La resistividad del terreno es una propiedad física que indica la capacidad del suelo para conducir la electricidad, y se expresa en ohmios-metro (Ω·m). Este valor depende de varios factores, entre ellos la humedad, ya que los suelos húmedos facilitan el flujo eléctrico; la temperatura, pues el suelo congelado presenta una alta resistencia; y el contenido de sales y minerales, que si bien puede mejorar la conductividad, también incrementa el riesgo de corrosión en los electrodos y conexiones del sistema de puesta a tierra.

Método Wenner: Fundamentos y Aplicación en Campo

La fórmula de Wenner es una expresión matemática utilizada para calcular la resistividad del suelo, una propiedad crítica en el diseño y verificación de sistemas de puesta a tierra. Esta técnica se aplica en estudios geotécnicos, proyectos Eléctricos, Auditorías de subestaciones y en la planificación de instalaciones industriales donde una adecuada conexión a tierra es esencial para la seguridad eléctrica.

La fórmula se expresa así: ρ=2πaR\rho = 2\pi a Rρ=2πaR

Donde:

ρ (rho) = resistividad del suelo en ohmios-metro (Ω·m)

a = distancia uniforme entre los electrodos de prueba (m)

R = resistencia medida con el telurómetro o equipo de medición (Ω)

El método de Wenner implica insertar cuatro picas metálicas en línea recta a una profundidad poco significativa y a igual distancia entre sí. Luego, se inyecta una corriente entre las dos picas exteriores y se mide la caída de potencial entre las dos interiores. Esta medición, junto con la distancia entre picas, permite calcular la resistividad del suelo.

Recomendado para estudios geofísicos y análisis de perfiles de suelo a distintas profundidades.

Método de Caída de Potencial: Medición de Resistencia de Puesta a Tierra

El método de caída de potencial es el procedimiento más confiable y estandarizado para determinar la resistencia eléctrica de un sistema de puesta a tierra. Es ampliamente aceptado por normas internacionales como IEEE Std 81, IEC 60364 y NEC (NFPA 70).

Este método se basa en aplicar una corriente conocida al sistema de puesta a tierra y medir la diferencia de potencial generada en el terreno. Utiliza tres electrodos (picas) colocados en línea recta:

X: Electrodo bajo prueba (el sistema de tierra principal).

Z: Electrodo de corriente auxiliar (se entierra a cierta distancia del sistema).

Y: Electrodo de potencial auxiliar (colocado entre X y Z).

Procedimiento de medición

1. Se desconecta el sistema de puesta a tierra del resto de la instalación para aislar la resistencia bajo prueba.
2. El instrumento de medición inyecta una corriente entre X y Z.
3. Se mide la caída de voltaje entre X y Y.
4. Aplicando la ley de Ohm R=V/IR = V/IR=V/I, se calcula la resistencia.

Posicionamiento de electrodos

El éxito de la medición depende en gran medida de la correcta ubicación de los electrodos. La recomendación general es:

• Colocar el electrodo de corriente (Z) a una distancia de 10 veces la profundidad del electrodo bajo prueba.

• Realizar 9 mediciones moviendo el electrodo de potencial (Y) en incrementos del 10% entre X y Z, para obtener una gráfica confiable.

Validación mediante curva de 62%

Una vez obtenidas las 9 mediciones, se grafica la resistencia medida vs. la posición del electrodo de potencial. Una curva plana (en forma de S invertida) con una meseta estable entre el 50% y 70% de distancia indica que la medición es válida.

El valor final de resistencia de tierra se toma como el promedio de las mediciones en el 50%, 60% y 70% de la distancia entre X y Z.

La correcta implementación de un sistema de puesta a tierra es fundamental para la seguridad, el rendimiento y la protección de personas, equipos y edificaciones. Desde la importancia de conocer la resistividad del suelo hasta los métodos de medición como Wenner, Schlumberger o caída de potencial, cada paso contribuye a garantizar instalaciones eléctricas seguras y eficientes.

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