Puesta a Tierra Eléctrica Explicada: Métodos, Tipos y Guías de Instalación

Puesta a Tierra Eléctrica – Componentes, Métodos y Tipos de Puesta a Tierra – Instalación de Tierra Eléctrica

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¿Qué es la Puesta a Tierra Eléctrica o Tierra?

Conectar las partes metálicas (conductoras) de un electrodoméstico o instalación eléctrica a la tierra (ground) se llama Puesta a Tierra o Tierra.

En otras palabras, conectar las partes metálicas de maquinaria y dispositivos eléctricos a la placa de tierra o electrodo de tierra (que está enterrado en la tierra húmeda) a través de un cable conductor grueso (que tiene una resistencia muy baja) con fines de seguridad se conoce como Puesta a Tierra o Tierra.

Poner a tierra o hacer tierra, más bien, significa conectar la parte del aparato eléctrico como recubrimiento metálico de metales, terminal de tierra de cables de enchufe, cables de sujeción que no transportan corriente a la tierra. La puesta a tierra puede decirse como la conexión del punto neutro de un sistema de suministro de energía a la tierra para evitar o minimizar el peligro durante la descarga de energía eléctrica.

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Importante saber

Diferencia entre Puesta a Tierra, Tierra y Conexión Equipotencial

Permíteme aclarar la confusión entre puesta a tierra, tierra y conexión equipotencial.

Puesta a Tierra y Tierra son los mismos términos usados para puesta a tierra. Tierra es la palabra común usada para puesta a tierra en los estándares Norteamericanos como IEEE, NEC, ANSI y UL, etc., mientras que Puesta a Tierra se usa en países Europeos, Commonwealth y estándares Británicos como IS e IEC, etc.

La palabra Conexión Equipotencial se usa para unir dos cables (así como conductores, tuberías o aparatos juntos. La conexión equipotencial se conoce como conectar las partes metálicas de diferentes máquinas que no se considera que transporten corriente eléctrica durante la operación normal de las máquinas para llevarlas al mismo nivel de potencial eléctrico.

¿Por Qué es Importante la Puesta a Tierra?

El propósito principal de la puesta a tierra es evitar o minimizar el peligro de electrocución, incendio debido a fuga de corriente a través de camino no deseado y asegurar que el potencial de un conductor que transporta corriente no aumente con respecto a la tierra más que su aislamiento diseñado.

Cuando la parte metálica de electrodomésticos eléctricos (partes que pueden conducir o permitir el paso de corriente eléctrica) entra en contacto con un cable vivo, tal vez debido a fallo de instalaciones o fallo en el aislamiento del cable, el metal se carga y se acumula carga estática en él. Si una persona toca tal metal cargado, el resultado es una descarga severa.

Para evitar tales instancias, los sistemas de suministro de energía y partes de electrodomésticos tienen que estar puestos a tierra para transferir la carga directamente a la tierra. Esta es la razón por la que necesitamos Puesta a Tierra Eléctrica o Tierra en sistemas de instalación eléctrica.

A continuación se muestran las necesidades básicas de la Puesta a Tierra.

• Proteger vidas humanas y proporcionar seguridad a dispositivos y electrodomésticos eléctricos contra corriente de fuga.
• Mantener el voltaje constante en la fase sana (si ocurre fallo en cualquiera de las fases).
• Proteger el sistema eléctrico y edificios contra rayos.
• Servir como conductor de retorno en sistema de tracción eléctrica y comunicación.
• Evitar el riesgo de incendio en sistemas de instalación eléctrica.

Diferentes Términos Usados en Puesta a Tierra Eléctrica

• Tierra: La conexión adecuada entre sistemas de instalación eléctrica vía conductor a la placa enterrada en la tierra se conoce como Tierra.
• Puesto a Tierra: Cuando un dispositivo eléctrico, electrodoméstico o sistema de cableado conectado a la tierra a través de electrodo de tierra, se conoce como dispositivo puesto a tierra o simplemente "Puesto a Tierra".
• Solidamente Puesto a Tierra: Cuando un dispositivo eléctrico, electrodoméstico o instalación eléctrica está conectado al electrodo de tierra sin fusible, interruptor automático o resistencia/impedancia, se llama "solidamente puesto a tierra".
• Electrodo de Tierra: Cuando un conductor (o placa conductora) enterrado en la tierra para sistema de puesta a tierra eléctrica. Se conoce como Electrodo de Tierra. Los electrodos de tierra tienen diferentes formas como placa conductora, varilla conductora, tubería metálica de agua o cualquier otro conductor con baja resistencia.
• Conductor de Puesta a Tierra: El cable conductor o tira conductora conectada entre el electrodo de tierra y el sistema de instalación eléctrica y dispositivos se llama conductor de puesta a tierra.
• Conductor de Continuidad de Tierra: El cable conductor, que está conectado entre diferentes dispositivos y electrodomésticos eléctricos como, tablero de distribución, diferentes enchufes y electrodomésticos, etc. En otras palabras, el cable entre el conductor de puesta a tierra y el dispositivo o electrodoméstico eléctrico se llama conductor de continuidad de tierra. Puede ser en forma de tubería metálica (total o parcial), vaina metálica de cable o cable flexible.
• Conductor de Puesta a Tierra de Sub-Alimentación: Un cable conectado entre tablero de interruptores y tablero de distribución, es decir, ese conductor está relacionado con circuitos de sub-alimentación.
• Resistencia de Tierra: Esta es la resistencia total entre el electrodo de tierra y la tierra en Ω (Ohmios). La resistencia de tierra es la suma algebraica de las resistencias del conductor de continuidad de tierra, conductor de puesta a tierra, electrodo de tierra y tierra.

Puntos que Deben Ponerse a Tierra

La puesta a tierra no se hace de cualquier manera. Según reglas IE y regulaciones IEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos),

• El pin de tierra de enchufes de iluminación de 3 pines y enchufes de potencia de 4 pines debe estar eficiente y permanentemente puesto a tierra.
• Todos los recubrimientos metálicos o cubiertas metálicas que contengan o protejan cualquier línea de suministro eléctrico o aparato como tuberías GI y conductos que encierren cables VIR o PVC, interruptores revestidos de hierro, tableros de fusibles de distribución revestidos de hierro, etc., deben ponerse a tierra (conectados a tierra).
• El bastidor de cada generador, motores estacionarios y partes metálicas de todos los transformadores usados para controlar energía deben ponerse a tierra mediante dos conexiones separadas y distintas con la tierra.
• En un sistema CC de 3 hilos, los conductores centrales deben ponerse a tierra en la estación generadora.
• Los cables de sujeción para líneas aéreas deben conectarse a tierra conectando al menos un hilo al cable de tierra.

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Componentes del Sistema de Puesta a Tierra

Un sistema completo de puesta a tierra eléctrica consiste en los siguientes componentes básicos.

• Conductor de Continuidad de Tierra
• Conductor de Puesta a Tierra
• Electrodo de Tierra

Conductor de Continuidad de Tierra o Cable de Tierra

Esa parte del sistema de puesta a tierra que interconecta las partes metálicas generales de la instalación eléctrica, por ejemplo, conductos, ductos, cajas, carcasas metálicas de interruptores, tableros de distribución, interruptores, fusibles, dispositivos de regulación y control, partes metálicas de máquinas eléctricas como motores, generadores, transformadores y el marco metálico donde se instalan dispositivos y componentes eléctricos se conoce como cable de tierra o conductor de continuidad de tierra como se muestra en la figura anterior.

La resistencia del conductor de continuidad de tierra es muy baja. Según reglas IEEE, la resistencia entre el terminal de tierra del consumidor y el conductor de continuidad de tierra (al final) no debe ser mayor que 1Ω. En palabras simples, la resistencia del cable de tierra debe ser menor que 1Ω.

El tamaño del Conductor de Continuidad de Tierra o Cable de Tierra depende del tamaño del cable usado en el circuito de cableado.

Tamaño del Conductor de Continuidad de Tierra

El área de sección transversal del Conductor de Continuidad de Tierra no debe ser menor que la mitad del área de sección transversal del cable más grueso usado en la instalación de cableado eléctrico.

Generalmente, el tamaño del cable de cobre desnudo usado como conductor de continuidad de tierra es 3SWG. Pero ten en cuenta que no uses menos de 14SWG como cable de tierra. La tira de cobre también puede usarse como conductor de continuidad de tierra en lugar de cable de cobre desnudo, pero no optes por ello hasta que el fabricante lo recomiende.

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Conductor de Puesta a Tierra o Junta de Puesta a Tierra

El cable conductor conectado entre el conductor de continuidad de tierra y el electrodo de tierra o placa de tierra se llama junta de puesta a tierra o "Conductor de puesta a tierra". El punto donde el conductor de continuidad de tierra y el electrodo de tierra se encuentran se conoce como "punto de conexión" como se muestra en la figura anterior.

El conductor de puesta a tierra es la parte final del sistema de puesta a tierra que se conecta al electrodo de tierra (que está bajo tierra) a través del punto de conexión de tierra.

Debe haber un mínimo de juntas en el conductor de puesta a tierra, así como menor tamaño y en dirección recta.

Generalmente, el cable de cobre puede usarse como conductor de puesta a tierra, pero la tira de cobre también se usa para instalaciones altas y puede manejar corriente de fallo alta debido a su área más ancha que el cable de cobre.

Un cable de cobre estirado en duro también se usa como conductor de puesta a tierra. En este método, todos los conductores de tierra conectados a un punto común (uno o más) de conexión y luego, el conductor de puesta a tierra se usa para conectar el electrodo de tierra (placa de tierra) al punto de conexión.

Para aumentar el factor de seguridad de la instalación, se usan dos cables de cobre como conductor de puesta a tierra para conectar el cuerpo metálico del dispositivo al electrodo de tierra o placa de tierra. Es decir, si usamos dos electrodos de tierra o placas de tierra, habría cuatro conductores de puesta a tierra. No debe considerarse que los dos conductores de tierra se usan como caminos paralelos para fluir las corrientes de fallo, sino que ambos caminos deben funcionar correctamente para transportar la corriente de fallo porque es importante para mejor seguridad.

Tamaño del Conductor de Puesta a Tierra

El tamaño o área del conductor de puesta a tierra no debe ser menor que la mitad del cable más grueso usado en la instalación.

El tamaño máximo para conductor de puesta a tierra es 3SWG y el tamaño mínimo no debe ser menor que 8SWG. Si se usa cable 37/.083 o la corriente de carga es 200A desde el voltaje de suministro, entonces se recomienda usar tira de cobre en lugar de doble conductor de puesta a tierra. Los métodos de conexión de conductor de tierra se muestran en la figura anterior.

Nota: Publicaremos artículo adicional sobre tamaño de Placa de Tierra con cálculos simples... Mantente atento.

Electrodo de Puesta a Tierra o Placa de Tierra

Un electrodo o placa metálica que está enterrada en la tierra (bajo tierra) y es la última parte del sistema de puesta a tierra eléctrica. En palabras simples, la parte metálica final subterránea (placa) del sistema de puesta a tierra que está conectada con el conductor de puesta a tierra se llama placa de tierra o electrodo de tierra.

Una placa metálica, tubería o varilla puede usarse como electrodo de tierra que tiene muy baja resistencia y transporta la corriente de fallo de forma segura hacia tierra (ground).

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Tamaño del Electrodo de Puesta a Tierra

Tanto cobre como hierro pueden usarse como electrodo de puesta a tierra.

El tamaño del electrodo de tierra (En caso de cobre)

2×2 (dos pies de ancho así como de largo) y 1/8 pulgada de espesor. Es decir, 2' x 2' x 1/8". (600x600x300 mm)

En caso de Hierro

2' x 2' x ¼" = 600x600x6 mm

Se recomienda enterrar el electrodo de tierra en tierra húmeda. Si no es posible, entonces pon agua en la tubería GI (Hierro Galvanizado) para hacer posible la condición de humedad.

En el sistema de puesta a tierra, pon el electrodo de tierra en posición vertical (bajo tierra) como se muestra en la figura anterior. También, pon una capa de 1 pie (aproximadamente 30cm) de mezcla de carbón en polvo y cal alrededor de la placa de tierra (no confundas electrodo de tierra y placa de tierra ya que ambas son lo mismo).

Esta acción hace posible el aumento en el tamaño del electrodo de tierra lo que conduce a una mejor continuidad en la tierra (sistema de puesta a tierra) y también ayuda a mantener la condición de humedad alrededor de la placa de tierra.

P.D.: Publicaremos cálculo de ejemplo sobre Dimensionamiento de Electrodo de Tierra... Mantente atento.

Importante saber:

No uses coque (después de quemar carbón en el horno para emitir todos los gases y otros componentes, el 88% de carbono restante se llama coque) o carbón de piedra en lugar de carbón vegetal (carbón de madera) porque causa corrosión en la placa de tierra.

Dado que el nivel de agua es diferente en diferentes áreas; por lo tanto, la profundidad para la instalación del electrodo de tierra también es diferente en varias áreas. Pero, la profundidad para la instalación del electrodo de tierra no debe ser menor que 10 pies (3 metros) y debe estar por debajo de 1 pie (304.8mm) del nivel constante de agua.

Motores, Generador, Transformadores etc. deben conectarse a tierra desde dos lugares diferentes.

Tamaño de Placa de Tierra o Electrodo de Tierra para Instalación Pequeña

En instalación pequeña, usa varilla metálica (diámetro = 25mm (1 pulgada) y longitud = 2m (6 pies) en lugar de placa de tierra para sistema de puesta a tierra. La tubería metálica debe estar a 2 metros bajo la superficie del suelo. Para mantener la condición de humedad, pon 25mm (1 pulgada) de mezcla de carbón y cal alrededor de la placa de tierra.

Para efectividad y conveniencia, puedes usar varillas de cobre de 12.5mm (0.5 pulgada) a 25mm (1 pulgada) de diámetro y 4m (12 pies) de longitud. Discutiremos el método de instalación de puesta a tierra por varilla más adelante.

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Métodos y Tipos de Puesta a Tierra Eléctrica

La puesta a tierra puede hacerse de muchas maneras. Los diversos métodos empleados en puesta a tierra (en cableado de casa o fábrica y otros equipos y máquinas eléctricas conectadas) se discuten a continuación.

Puesta a Tierra por Placa:

En el sistema de puesta a tierra por placa, una placa hecha de cobre con dimensiones 60cm x 60cm x 3.18mm (es decir, 2ft x 2ft x 1/8 in) o hierro galvanizado (GI) de dimensiones 60cm x 60cm x 6.35 mm (2ft x 2ft x ¼ in) se entierra verticalmente en la tierra (pozo de tierra) que no debe ser menor de 3m (10 pies) desde el nivel del suelo.

Para un sistema de puesta a tierra adecuado, sigue los pasos mencionados anteriormente en la (introducción de Placa de Tierra) para mantener la condición de humedad alrededor del electrodo de tierra o placa de tierra.

Puesta a Tierra por Tubo:

Un acero galvanizado y un tubo perforado de longitud y diámetro aprobados se coloca verticalmente en suelo húmedo en este tipo de sistema de puesta a tierra. Es el sistema de puesta a tierra más común.

El tamaño del tubo a usar depende de la magnitud de la corriente y el tipo de suelo. La dimensión del tubo suele ser 40mm (1.5 pulg) de diámetro y 2.75m (9 pies) de longitud para suelo ordinario o mayor para suelo seco y rocoso. La humedad del suelo determinará la longitud del tubo a enterrar pero usualmente debe ser 4.75m (15.5 pies).

Puesta a Tierra por Varilla

Es el mismo método que la puesta a tierra por tubo. Una varilla de cobre de 12.5mm (1/2 pulgada) de diámetro o 16mm (0.6 pulg) de acero galvanizado o sección hueca 25mm (1 pulgada) de tubo GI de longitud superior a 2.5m (8.2 pies) se entierran verticalmente en la tierra manualmente o con la ayuda de un martillo neumático. La longitud de electrodos incrustados en el suelo reduce la resistencia de tierra a un valor deseado.

Puesta a Tierra a través del Agua

En este método de puesta a tierra, los tubos de agua (GI galvanizado) se usan para fines de puesta a tierra. Asegúrate de verificar la resistencia de los tubos GI y usa abrazaderas de puesta a tierra para minimizar la resistencia para una conexión de puesta a tierra adecuada.

Si se usa conductor trenzado como cable de tierra, limpia el extremo de los hilos del cable y asegúrate de que esté en posición recta y paralela lo cual es posible para conectar firmemente al tubo de agua.

Puesta a Tierra por Tira o Cable:

En este método de puesta a tierra, electrodos de tira de sección transversal no menor que 25mm x 1.6mm (1 pulg x 0.06 pulg) se entierran en zanjas horizontales de profundidad mínima de 0.5m. Si se usa cobre con sección transversal de 25mm x 4mm (1 pulg x 0.15 pulg) y dimensión de 3.0mm² si es hierro galvanizado o acero.

Si se usan conductores redondos, su área de sección transversal no debe ser demasiado pequeña, digamos menor que 6.0mm² si es hierro galvanizado o acero. La longitud del conductor enterrado en el suelo daría una resistencia de tierra suficiente y esta longitud no debe ser menor que 15m.

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Método General de Instalación de Puesta a Tierra Eléctrica (Paso a Paso)

El método usual de puesta a tierra de equipos, dispositivos y electrodomésticos eléctricos es el siguiente:

1. Primero, cava un pozo de 5x5 pies (1.5x1.5m) aproximadamente 20-30 pies (6-9 metros) en el suelo. (Nota que profundidad y ancho dependen de la naturaleza y estructura del suelo)
2. Entierra una placa apropiada (usualmente 2' x 2' x 1/8" (600x600x300 mm) de cobre en ese pozo en posición vertical.
3. Ajusta el conductor de tierra a través de tuercas y tornillos desde dos lugares diferentes en la placa de tierra.
4. Usa dos conductores de tierra con cada placa de tierra (en caso de dos placas de tierra) y ajústalos.
5. Para proteger las juntas de corrosión, pon grasa alrededor.
6. Recoge todos los cables en una tubería metálica desde el/los electrodo(s) de tierra. Asegúrate que la tubería esté a 1 pie (30cm) sobre la superficie del suelo.
7. Para mantener la condición de humedad alrededor de la placa de tierra, pon una capa de 1 pie (30cm) de carbón en polvo (carbón de madera en polvo) y mezcla de cal alrededor de la placa de tierra.
8. Usa terminales y tuercas para conectar firmemente cables a las placas base de máquinas. Cada máquina debe ponerse a tierra desde dos lugares diferentes. La distancia mínima entre dos electrodos de tierra debe ser 10 pies (3m).
9. El conductor de continuidad de tierra que está conectado al cuerpo y partes metálicas de toda la instalación debe conectarse firmemente al conductor de tierra. Asegúrate de usar la continuidad mediante prueba de continuidad.
10. Por último (pero no menos importante), prueba el sistema general de puesta a tierra a través de probador de tierra. Si todo va según lo planeado, entonces rellena el pozo con tierra. La resistencia máxima permitida para puesta a tierra es 1Ω. Si es más de 1 ohmio, entonces aumenta el tamaño (no la longitud) del conductor de tierra y conductores de continuidad de tierra. Mantén los extremos externos de las tuberías abiertos y pon agua de vez en cuando para mantener la condición de humedad alrededor del electrodo de tierra lo cual es importante para un mejor sistema de puesta a tierra.

Especificación SI para Puesta a Tierra

Varias especificaciones con respecto a la puesta a tierra recomendadas por Estándares Indios se dan a continuación. Aquí hay algunas:

• Un electrodo de puesta a tierra no debe situarse (instalarse) cerca del edificio cuyo sistema de instalación se está poniendo a tierra, al menos más de 1.5m de distancia.
• La resistencia de tierra debe ser lo suficientemente baja para causar el flujo de corriente suficiente para operar los relés de protección o fundir fusibles. Su valor no es constante ya que varía con el clima porque depende de la humedad (pero no debe ser menor de 1 Ohmio).
• El cable de tierra y el electrodo de tierra serán del mismo material.
• El electrodo de puesta a tierra siempre debe colocarse en posición vertical dentro de la tierra o pozo para que pueda estar en contacto con todas las diferentes capas de tierra.

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Peligros de No Poner a Tierra un Sistema de Suministro

Como se enfatizó anteriormente, la puesta a tierra se proporciona para

• Evitar descarga eléctrica
• Evitar riesgo de incendio como resultado de corriente de fuga a tierra a través de camino no deseado y
• Asegurar que ningún conductor que transporte corriente suba a un potencial con respecto a la masa general de tierra más que su aislamiento diseñado.

Sin embargo, si la corriente excesiva no se pone a tierra, los electrodomésticos se dañarán sin la ayuda del fusible. Debes notar que las corrientes excesivas se ponen a tierra en sus estaciones generadoras, por eso los cables de tierra transportan muy poca o ninguna corriente. Por lo tanto, implica que no es necesario poner a tierra ninguno de los cables (vivo, tierra y neutro) contenidos en un PVC. Poner a tierra el cable vivo es catastrófico.

He visto a una persona muerta simplemente porque un cable vivo se cortó de un poste aéreo y cayó al suelo mientras el suelo estaba mojado. La corriente excesiva se pone a tierra en estaciones generadoras y si la puesta a tierra no es eficiente debido a fallo, los interruptores de fallo a tierra estarán ahí para ayudar. El fusible ayuda solo cuando la potencia transmitida está por encima de la clasificación de nuestros electrodomésticos, bloquea la corriente para que no llegue a nuestros electrodomésticos fundiéndose y protegiéndolos en el proceso.

En nuestros electrodomésticos eléctricos, si las corrientes excesivas no se ponen a tierra, experimentaríamos descarga severa. La puesta a tierra ocurre en electrodomésticos solo cuando hay un problema y es para salvarnos del peligro. Si en una instalación electrónica, una parte metálica de un electrodoméstico entra en contacto directo con un cable vivo que resulta de tal vez fallo de instalación u otra cosa, el metal se cargará y la carga estática se acumulará en él.

Si tocas la parte metálica en ese momento serás electrocutado. Pero si la parte metálica del electrodoméstico está puesta a tierra, la carga se transferirá a tierra en lugar de acumularse en la parte metálica. La corriente no fluye a través de cables de tierra en electrodomésticos, lo hace solo cuando hay problema y solo para dirigir la corriente no deseada a tierra para protegernos de descarga severa.

Además, si un cable vivo toca accidentalmente (en un sistema defectuoso) la parte metálica de una máquina. Ahora, si un hombre toca esa parte metálica de la máquina, entonces la corriente fluirá a través de su cuerpo a tierra, por lo que recibirá descarga (electrocutado) lo que puede llevar a lesiones graves incluso a la muerte. Por eso la puesta a tierra es tan importante.

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