Tierra eléctrica
Una entrada de glosario detallada sobre la tierra eléctrica (puesta a tierra), que cubre tipos de conexión a tierra, conceptos clave, topologías de sistemas (TN...
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Electrical safety
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Puesta a tierra (conexión eléctrica al potencial de tierra)
La puesta a tierra en los sistemas eléctricos es el proceso de conectar equipos o instalaciones eléctricas a tierra para garantizar la seguridad, estabilizar los voltajes, suprimir interferencias y permitir la desconexión rápida de circuitos con fallas. Es una medida crítica de seguridad y funcionalidad en todas las instalaciones eléctricas.
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Puesta a tierra (conexión eléctrica al potencial de tierra) en los sistemas eléctricos
La puesta a tierra—también conocida como conexión a tierra—es la conexión deliberada de sistemas, instalaciones o equipos eléctricos a la superficie terrestre, estableciendo un punto de referencia a potencial eléctrico cero (potencial de tierra). Esta práctica esencial implica enlazar partes conductoras a electrodos enterrados (como varillas de cobre, placas de acero o mallas) usando conductores de baja resistencia. La puesta a tierra es la base de la seguridad y la fiabilidad operativa en la infraestructura eléctrica moderna, incluidos aeropuertos, plantas industriales, edificios residenciales e instalaciones críticas.
Propósito e importancia de la puesta a tierra
Los principales objetivos de la puesta a tierra son:
- Seguridad: Proporciona una vía de baja impedancia para las corrientes de falla, evitando descargas eléctricas y riesgos de incendio.
- Estabilización de voltaje: Mantiene un punto de referencia común para todos los voltajes del sistema, reduciendo sobretensiones y fluctuaciones peligrosas.
- Protección de equipos: Protege dispositivos sensibles de sobretensiones causadas por rayos, maniobras o fallas.
- Supresión de EMI: Reduce la interferencia electromagnética controlando corrientes parásitas y diferencias de potencial, vital para el funcionamiento fiable de sistemas de comunicación y navegación.
- Cumplimiento normativo: Asegura que las instalaciones cumplan con normas internacionales y regionales (IEC 60364, NEC Artículo 250, IEEE, etc.), evitando problemas legales y de seguro.
- Fiabilidad operativa: Mantiene el funcionamiento adecuado de dispositivos de seguridad (fusibles, interruptores automáticos, RCD), asegurando la desconexión rápida de circuitos con falla.
Cómo funciona la puesta a tierra en la práctica
La puesta a tierra conecta todas las partes conductoras expuestas—como envolventes de equipos, chasis y estructuras metálicas—con un punto al potencial de tierra mediante un electrodo de puesta a tierra. En condiciones normales, fluye poca o ninguna corriente por este camino. En caso de una falla (por ejemplo, un cable activo tocando una carcasa metálica), el conductor de tierra lleva la corriente de falla a tierra. Esto acciona los dispositivos de protección, que desconectan el circuito en milisegundos, evitando que persistan voltajes peligrosos.
La puesta a tierra también impide la acumulación de electricidad estática en entornos peligrosos (como plataformas aeroportuarias o depósitos de combustible) y es crucial para el funcionamiento correcto de los sistemas de protección contra sobretensiones y rayos.
Términos clave de puesta a tierra
| Término | Definición |
|---|---|
| Puesta a tierra (conexión a tierra) | La conexión intencionada de sistemas o equipos eléctricos a la superficie terrestre para establecer un voltaje de referencia y proporcionar una vía segura para corrientes de falla. |
| Potencial de tierra | El potencial eléctrico de la tierra, usado como referencia para todos los voltajes del sistema. |
| Tierra de protección (PE) | El conductor que conecta todas las partes metálicas expuestas al borne principal de tierra. |
| Electrodo de tierra | Material conductor enterrado (varilla, placa, malla) que proporciona la conexión física a tierra. |
| Puesta en equipotencial | La unión de partes metálicas para mantener igual potencial y evitar diferencias de voltaje peligrosas. |
| Dispositivo de corriente residual (RCD/GFCI) | Dispositivo que detecta corrientes de fuga a tierra y desconecta el suministro para evitar descargas eléctricas. |
Tipos de sistemas de puesta a tierra
Los sistemas de puesta a tierra se eligen según los requisitos normativos, las condiciones del sitio y las necesidades operativas. Las principales configuraciones (según IEC 60364 e IEEE 142) incluyen:
| Tipo de sistema | Descripción | Ejemplo de uso |
|---|---|---|
| TN-S | Neutro (N) y tierra (PE) separados en toda la instalación. | Edificios modernos, centros de datos. |
| TN-C | Neutro y tierra combinados (PEN). | Sistemas antiguos de suministro. |
| TN-C-S | Neutro y tierra combinados y luego separados. | Residencial y pequeño comercio. |
| TT | Electrodo de tierra local para la instalación, separado del suministro. | Rural, remoto, suministro de tierra poco fiable. |
| IT | Partes activas aisladas de tierra o conectadas mediante impedancia. | Hospitales, áreas de continuidad crítica. |
Puesta a tierra en alta tensión:
- Puesta a tierra sólida: Neutro directamente a tierra para estabilidad y rápida eliminación de fallas.
- Puesta a tierra por resistencia o reactancia: Limita corrientes de falla, reduce daños a equipos.
- Sin puesta a tierra (flotante): Para operaciones de continuidad crítica, con monitoreo de aislamiento.
Componentes básicos de un sistema de puesta a tierra
- Electrodo de tierra: El punto de contacto físico con el terreno (varilla, placa, malla).
- Conductor de tierra: Conecta el electrodo con el borne principal de tierra (MET).
- Borne principal de tierra (MET): Punto central para todos los conductores de tierra y puesta en equipotencial.
- Conductor de protección (PE): Une las partes expuestas con el MET.
- Puentes de equipotencialidad: Igualan el potencial entre sistemas metálicos (tuberías, estructuras).
- Dispositivo de corriente residual (RCD): Monitorea y desconecta en caso de fugas a tierra.
Aplicaciones reales
Residencial
- Previene descargas por electrodomésticos defectuosos.
- Uno o varios electrodos (varillas de cobre) cerca de la entrada del servicio.
- Conexiones PE a todas las partes conductoras expuestas.
- Pruebas periódicas de resistencia de tierra (objetivo: <5 ohmios; <1 ohmio para sistemas sensibles).
Industrial
- Malla extensa o varias varillas para baja resistencia (<1 ohmio).
- Crítico para puesta en equipotencial, control de EMI y protección contra rayos.
- Inspecciones periódicas de impedancia y térmicas.
Aeropuertos y aviación
- Previene acumulación de estática en aeronaves y equipos de abastecimiento de combustible.
- Une ayudas a la navegación, iluminación y sistemas de combustible a una malla de puesta a tierra extensa.
- La protección contra rayos se conecta a la red principal de tierra.
- Garantiza operación segura en entornos altamente sensibles a EMI.
Instalaciones móviles
- Barcos, vehículos y aeronaves requieren puesta a tierra especial al conectarse a energía externa.
- Operaciones de aeronaves y abastecimiento de combustible usan cables de tierra para disipar estática de forma segura.
Protección contra rayos
- Red dedicada de tierra de baja resistencia (idealmente <10 ohmios) conectada a los sistemas de la instalación.
- Evita aumentos peligrosos de potencial durante descargas.
Electrónica sensible
- Puesta a tierra tipo estrella o malla para evitar lazos de tierra y minimizar ruido de voltaje.
- Esencial para centros de datos, radiodifusión y sistemas de navegación.
Diseño y pruebas del sistema de puesta a tierra
- Evaluación de resistividad del suelo: Determina el tipo y número de electrodos necesarios.
- Dimensionamiento de conductores: Deben soportar la corriente máxima de falla sin sobrecalentamiento.
- Medición de resistencia: Pruebas regulares aseguran baja impedancia e integridad del sistema.
- Inspección: Verificación de corrosión, daños mecánicos y conexiones flojas.
Cumplimiento normativo y estándares
- IEC 60364 (Internacional)
- IEEE Std 3003.1 (Puesta a tierra de sistemas)
- NEC Artículo 250 (EE.UU.)
- AS 2067 (Australia)
- BS 7671 (Reino Unido)
Estas normas definen tamaños de conductores, valores de resistencia aceptables, métodos de instalación y requisitos de pruebas periódicas.
Resumen
La puesta a tierra es vital para la seguridad eléctrica, protección de equipos y fiabilidad operativa—desde hogares hasta aeropuertos. Un sistema de puesta a tierra bien diseñado protege a las personas y la infraestructura contra descargas eléctricas, incendios, sobretensiones, EMI y rayos. El cumplimiento normativo, el mantenimiento periódico y la selección adecuada del sistema son clave para una protección efectiva.
Lecturas recomendadas
- IEC 60364: Instalaciones eléctricas de baja tensión
- NEC Artículo 250: Puesta a tierra y unión
- IEEE 142: Práctica recomendada para puesta a tierra (Libro Verde)
- Reglamento de instalaciones eléctricas del Reino Unido (BS 7671)
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Preguntas Frecuentes
- ¿Por qué es importante la puesta a tierra en los sistemas eléctricos?
La puesta a tierra proporciona una vía segura para las corrientes de falla, estabiliza el voltaje del sistema, protege contra descargas eléctricas e incendios y resguarda los equipos sensibles de sobretensiones e interferencias electromagnéticas. Es un requisito fundamental de seguridad y fiabilidad en todas las instalaciones eléctricas.
- ¿Cuáles son los principales tipos de sistemas de puesta a tierra?
Los tipos principales incluyen TN-S (neutro y tierra separados), TN-C (neutro y tierra combinados), TN-C-S (combinados y luego separados), TT (electrodo de tierra local) e IT (aislado de tierra o puesto a tierra a través de impedancia). La elección depende de las normativas locales, la aplicación y los requisitos operativos.
- ¿Cómo se implementa la puesta a tierra en aeropuertos y entornos de aviación?
Los aeropuertos utilizan extensas redes de puesta a tierra para evitar la acumulación de estática en las aeronaves, garantizar el repostaje seguro, proteger los sistemas de navegación e iluminación y mitigar los riesgos de rayos y EMI. Todas las partes metálicas expuestas, los equipos de abastecimiento de combustible y la electrónica sensible se conectan a una red de tierra de baja resistencia.
- ¿Con qué frecuencia deben inspeccionarse los sistemas de puesta a tierra?
Los sistemas de puesta a tierra deben inspeccionarse visualmente y probarse en la instalación y a intervalos regulares (normalmente anualmente o cada pocos años, dependiendo de la normativa y las condiciones locales). Esto garantiza baja resistencia, integridad mecánica y protección efectiva.
- ¿Cuál es el valor aceptable de resistencia de tierra?
Para la seguridad general, la resistencia de tierra idealmente debe ser inferior a 5 ohmios; para instalaciones sensibles o críticas (como centros de datos o protección contra rayos), el objetivo suele ser inferior a 1 ohmio. Los requisitos reales dependen de las normativas locales y la evaluación de riesgos.
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