Puesta a Tierra y Protección contra Sobretensiones en Instalaciones Eléctricas

Puesta a Tierra

Generalidades

• Es la conexión física de un equipo o sistema a tierra a través de un conductor.
• La tierra está compuesta por diversos materiales con diferentes grados de conductividad eléctrica.
• Generalmente, la tierra es considerada un buen conductor eléctrico.
• La puesta a tierra es fundamental para mantener el potencial de los objetos conectados al mismo nivel que el potencial de tierra.
• Su principal función es proteger a las personas y a los equipos contra descargas eléctricas y fallos.
• Establece un potencial de referencia único para todos los elementos de la instalación eléctrica.
• Las redes de tierra deben cumplir dos características esenciales:
  • Construir una tierra única equipotencial.
  • Tener un bajo valor de resistencia. Este valor puede variar según factores como la temperatura, la humedad del suelo y la concentración de sales.

Sobretensiones

Las sobretensiones son un incremento de voltaje de corta duración que ocurre entre dos conductores (por ejemplo, entre dos fases o entre fase y neutro).

Se produce una sobretensión cuando el voltaje supera el nivel de tolerancia de algún componente, lo que puede provocar daños en los equipos.

Tipos de Sobretensiones

Descarga Eléctrica Atmosférica (Rayo)

• Impacto directo: Afecta directamente a personas, animales o bienes, causando daños severos.
• Impacto indirecto: Son los más frecuentes. Ocurren por caídas de rayos en tendidos aéreos cercanos o en el terreno, generando inducciones peligrosas en los conductores. Pueden causar grandes pérdidas económicas.

Conmutaciones de las Empresas de Energía (Origen Externo)

Son fenómenos normales en cualquier sistema de distribución de energía, originados por la conexión y desconexión de grandes cargas o por maniobras en la red. Pueden causar sobretensiones transitorias.

Son más frecuentes en redes de distribución largas y aéreas.

Contacto Accidental con Sistemas de Alto Voltaje (Origen Externo)

Sucede cuando una línea de alta tensión se rompe y entra en contacto con conductores de baja tensión, o cuando falla el aislamiento de un transformador.

La magnitud del problema dependerá de la configuración del neutro del sistema (aislado o puesto a tierra).

Pulsos por Conexión y Desconexión de Cargas (Origen Interno)

Estas operaciones pueden causar sobretensiones, generalmente menores a 3 veces el voltaje nominal y de muy corta duración.

Se originan principalmente por el encendido y apagado de grandes cargas inductivas (motores) o capacitivas (bancos de condensadores).

Principio de Protección contra Sobretensiones

Los sistemas de protección contra sobretensiones (DPS) detectan estos eventos y los derivan de forma segura hacia la red de tierra para su disipación.

Para una protección eficaz, es fundamental la presencia y correcta coordinación de tres elementos:

1. Red externa de puesta a tierra.
2. Red interna de equipotencialidad.
3. Dispositivos de protección contra sobretensiones (DPS).

Estos tres componentes deben estar presentes y correctamente interconectados para garantizar la seguridad.

Red Externa de Puesta a Tierra

Tiene como finalidad principal evacuar hacia tierra la energía proveniente de las sobretensiones, ya sean de origen externo o interno.

Esta red interconecta:

• La puesta a tierra del mástil del pararrayos.
• La puesta a tierra general o perimetral del edificio o planta.
• La puesta a tierra de la subestación o del pilar de acometida eléctrica.

Puesta a Tierra del Mástil del Pararrayos

Comienza en la cima con un dispositivo captador (ej. pararrayos tipo Franklin).

Continúa con un cable de bajada, que debe ser lo más recto posible, evitando curvas y cambios bruscos de dirección.

Termina en una cámara de inspección o registro cerca de la base del mástil, conectada al sistema general de tierra.

Puesta a Tierra de Planta (Anillo Perimetral)

Consiste típicamente en un anillo conductor enterrado alrededor del perímetro del edificio.

Este anillo suele estar formado por cable de cobre desnudo (ej. 50 mm²) y electrodos de puesta a tierra (jabalinas) tipo Copperweld (ej. 1.5 m de longitud), hincados a intervalos regulares.

El anillo debe empezar y terminar en una cámara de registro principal del edificio.

Unificación de la Red de Tierra

La red externa debe contar con una tierra unificada. Esto se logra interconectando todos los sistemas de puesta a tierra:

• La cámara de registro del pararrayos se conecta con la cámara principal del edificio (y al anillo perimetral).
• La puesta a tierra de la acometida de energía (cámara de energía) se conecta al punto más cercano del anillo perimetral.

De esta manera, se asegura un sistema equipotencial único. Es crucial entender que no deben existir tierras independientes en una instalación correctamente diseñada.