Una tierra física se define como un sistema de conexión formado por electrodos y líneas de tierra de una instalación eléctrica.

Consiste en la conexión de equipos eléctricos o electrónicos a tierra, esto es pasando por el cable hasta llegar al terreno donde se encuentra una pieza de metal llamada electrodo en donde se hace la conexión mediante la cual circula la corriente no deseada o las descargas eléctricas evitando que se dañen aparatos, maquinaria o personas.

¿Qué es una tierra física?

INTENSIDAD EFECTOS FISIOLOGICOS

1 a 3 mA Prácticamente imperceptibles. No hay riesgo

De 5 a 10 mAContracciones involuntarias de músculos y pequeñas alteraciones del sistema nervioso

De 10 a 15 mAPrincipio de tetanización muscular, contracciones violentas e incluso permanentes de las extremidades

De 15 a 30 mAContracciones violentas e incluso permanentes de la caja toráxica. Alteración del ritmo cardiaco

Mayor de 30 mA Fibrilación ventricular cardiaca

Los efectos fisiológicos sobre el cuerpo humano varían en función del valor de la intensidad, de acuerdo a la siguiente tabla.

Al implementar el sistema de tierras físicas se tiene la gran ventaja de mejorar el funcionamiento de los equipos eléctricos, electrónicos y todo lo relacionado con las instalaciones eléctricas, además se protegen zonas de alto riesgo o zonas con manejo de alto voltaje como edificios públicos o privados como hospitales, hoteles, cines, donde hay personas que pudieran resultar lesionadas sin el sistema de tierra física.

Así mismo, al proteger el equipo electromecánico, maquinaria-herramientas, motores y controles, se obtiene un incremento en la seguridad del centro de trabajo, ahorro de energía, mayor calidad y tiempo de vida en los aparatos, atenuación del ruido disminución de calentamiento en motores y cables, disminución en fallas y descomposturas del equipo.

Ventajas

Funciones principales

1. Proteger al personal, de los peligros de una descarga eléctrica bajo condiciones de falla.

2. Proveer un medio para disipar las corrientes eléctricas a tierra, sin que se excedan los límites de operación de los equipos.

3. Proporcionar una conexión a tierra para el punto neutro de los equipos que así lo requieran (generadores, transformadores, reactores, etc.).

4. Proporcionar un medio de descarga y desenergización de equipos antes de proceder a tareas de mantenimiento.

5. Facilitar mediante la operación de relevadores y otros dispositivos de protección, la eliminación de fallas a tierra en el sistema.

Componentes básicos de una red de tierras

1. Conductores

Los conductores empleados en los sistemas de tierra son generalmente cables concéntricos que interconectados forman la red de tierras. Su función también es conectar a tierra los equipos eléctricos del sistema.

Materiales• Cobre• Cobre estañado• Copperweld• Acero inoxidable• Acero galvanizado• Aluminio1.

2. Varillas o electrodos de tierra

Estos elementos se introducen en el terreno con el objeto de alcanzar zonas más húmedas en el subsuelo y por lo tanto con valores de resistividad eléctrica menores.

Materiales• Copperweld• Acero inoxidable• Acero galvanizado• Aluminio

La selección del material de las varillas o electrodos dependerá de las características de corrosión que presentan al estar enterrados.

Componentes básicos de una red de tierras

El copperweld es el material mas empleado en las varillas de tierra, ya que combina las ventajas del cobre con la alta resistencia mecánica del acero, tiene buena conductividad, resistencia a la corrosión y resistencia mecánica para ser clavada en el terreno.

El diámetro y longitud de las varillas se determinará por su resistencia mecánica y por el valor de resistencia eléctrica que presentan al estar enterradas.

3. Conectores o juntas

Son los elementos que además de unir entre si a los conductores que forman la red de tierras, conectan las varillas y electrodos de tierra y los conductores de puesta a tierra de los equipos a dicha red.Tipos

Conectores a presión• Conectores atornillables• Conectores de compresión Conectores soldables

Son aquellos que mediante una reacción química exotérmica, el conductor y el conector forman una sola conexión molecular. Por su naturaleza, este tipo de conectores soportan la temperatura de fusión del conductor.

Componentes básicos de una red de tierras

De acuerdo a la NOM-001-SEDE-1999.

Los materiales del conductor del electrodo de puesta a tierra se especifican en los siguientes incisos:

a) Conductor del electrodo de puesta a t ierra. El conductor del electrodo de puesta a tierra debe ser de cobre o aluminio. El material elegido debe ser resistente a la corrosión que se pueda producir en la instalación, y debe estar adecuadamente protegido contra la corrosión. El conductor debe ser macizo o cableado, aislado, forrado o desnudo, y debe ser de un solo tramo continuo, sin empalmes ni uniones.

Determinación del calibre de los conductores del sistema de tierra

b) Tipos de conductores para la puesta a t ierra de equipo. El conductor de puesta a tierra de equipo tendido con los conductores del circuito o canalizado con ellos, debe ser de uno de los siguientes tipos o una combinación de varios de ellos:

(1)Conductor de cobre u otro material resistente a la corrosión.

(2)Tubo metálico tipo pesado, semipesado o ligero.

(3)Tubo metálico flexible, tanto el tubo como sus accesorios están aprobados y listados para puesta a tierra.

(4)Armadura de un cable de tipo AC.

(5)Blindaje de cobre de un cable con blindaje metálico y aislamiento mineral.

(6)Blindaje metálico de los conductores con blindaje metálico y los conductores de puesta a tierra que sean cables de tipo MC.

c) Puesta a t ierra suplementaria. Se permiten electrodos suplementarios de puesta a tierra para aumentar los conductores de puesta a tierra de equipo especificados en 250-91(b), pero el terreno natural no se debe utilizar como el único conductor de puesta a tierra de equipo.

Cada elemento de la red de tierras deberá tener las siguientes características:

a) Resistencia a la corrosión. Para retardar su deterioro en el ambiente donde se instalen.

b) Conductividad eléctrica. De tal manera que sustancialmente no contribuya con diferencias de potencial en la red.

c) Capacidad de conducción de corriente. Suficiente para soportar los esfuerzos térmicos durante las condiciones mas adversas impuestas por la magnitud y duración de las corrientes de falla.

d) Resistencia mecánica. De tal manera que soporte los esfuerzos electromecánicos y el daño físico.

Características de los elementos de una red de tierras

• Conectar a tierra es el proceso que se usa para eliminar el voltaje que no se desea.

• La conexión a tierra es una conexión eléctrica física a la tierra.

• Esto permite que el voltaje se disipe a la tierra en vez de pasar a través de un trabajador, causándole posiblemente una lesión.

Conectar a tierra apropiadamente

Sistema a tierra de corriente alterna

Es el más común, y que la podemos encontrar en edificios u hogares, producida por la diferencia de voltaje o corriente que tienen los circuitos eléctricos que trabajan con este voltaje alterno.

Ejemplo:

•Duchas eléctricas.

•Refrigeradores.

•Transformadores.

•Aparatos de telecomunicaciones.

•Lavadoras.

Sistema a tierra de corriente continua

Esta la encontramos en toda la infinidad de equipos electrónicos que existen, y de igual forma se produce por la decencia de voltajes o corrientes en estos circuitos.

Ejemplo:

•Tarjetas electrónicas, que existen en computadores, videojuegos, PLC (Controladores Lógicos Programables), sistemas HMI (Interfaz Humano Máquina).

Sistema a tierra electrostática

Este tipo de tierra es muy peculiar debido a que lo encontramos específicamente en tanques de almacenamiento, transporte o tratamiento, se produce por la interacción del fluido (cargas eléctricas + o −) y con su contenedor (cargas eléctricas + ó −), por lo general carga (−).

Ejemplo:

•Tanques para almacenar o tratar crudo, combustibles, gases, sustancias químicas.

Sistema radialEste sistema es el más simple para la conexión a tierra de los equipos.

Consiste en instalar uno o varios electrodos de tierra a los cuales se conectan los conductores derivados de cada uno de los equipos.

Disposiciones básicas de las redes de tierra

Sistema en anil lo

El sistema en anillo se obtiene colocando en forma de anillo un conductor de un calibre determinado alrededor de la superficie ocupada por los equipos.

A este anillo se conectan las derivaciones para la conexión a tierra de cada uno de los equipos usando un conductor de calibre más delgado.

En los vértices del anillo se instalan varillas o electrodos de tierra.

Disposiciones básicas de las redes de tierra

Sistema de malla

Consiste, como su nombre lo indica, en un arreglo de conductores perpendiculares e interconectados formando una malla o retícula a la cual se conectan las derivaciones de conexión a tierra de cada uno de los equipos.

Disposiciones básicas de las redes de tierra

En las esquinas, en el perímetro, o por toda la malla, se instalan varillas o electrodos de tierra.

Este sistema se emplea generalmente en subestaciones de potencia.

En un suelo uniforme, la resistencia a tierra de una varilla de diámetro d, enterrada una longitud L, esta dada por la ecuación:

Donde:

R = Resistencia a tierra de la varilla, en Ohms

p = Resistividad del terreno, en Ohms-metro

L = Longitud de la varilla, en metros

d = Diámetro de la varilla, en metros

Referencia: IEEE Std 142-2007. Recommended Practice for Grounding of

Industrial and Commercial Power Systems.

=

dL

LnL

R943.2

2πρ

Resistencia a tierra de una varilla

Cuando se conectan en paralelo varias varillas de tierra, el valor de resistencia a tierra que presenta el conjunto es menor que el valor de resistencia a tierra que presenta una sola varilla.

Si se conecta a una varilla existente otra varilla en paralelo, el valor de resistencia a tierra de las dos no es la mitad del valor que tenga una de ellas, a menos que se encuentren separadas una distancia igual a varias veces la longitud de una varilla.

Una regla práctica es que en los grupos formados por 2 y hasta 24 varillas, éstas queden ubicadas en línea recta, formando un triángulo o un cuadrado o que se ubiquen sobre el perímetro de un circulo y separadas entre si una distancia igual a la longitud de la varilla.

Resistencia a tierra de un grupo de una varillas

El valor de la resistencia a tierra de un grupo de varillas esta dada por la ecuación:

Donde:

R g = Resistencia a tierra del grupo de varillas, en Ohms

R = Resistencia a tierra de una sola varilla, en Ohms n = Número de varillas en el grupo F = Factor dado por las normas (ver tabla)Referencia: IEEE Std 142-2007. Recommended Practice for rounding

of Industrial and Commercial Power Systems

FnR

Rg =

Resistencia a tierra de un grupo de una varillas

Se muestran en la siguiente tabla los valores del factor F de acuerdo con el número de varillas en el grupo.

Referencia: IEEE Std 142-2007. Recommended Practice for rounding of Industrial and Commercial Power Systems

Nº de varillasNº de varillas FF22 1.161.16

33 1.291.29

44 1.361.36

88 1.681.68

1212 1.801.80

1616 1.921.92

2020 2.002.00

2424 2.162.16

Resistencia a tierra de un grupo de una varillas

Equipos eléctricos en baja tensión

La puesta a tierra de los equipos eléctricos en baja tensión se realiza mediante un sistema en anillo. A este anillo se conectan las barras de tierra de tableros de distribución en BT, gabinetes de equipo eléctrico, tableros de alumbrado, etc.

La puesta a tierra de los equipos eléctricos alimentados por estos elementos se realiza mediante conductores aislados o desnudos que se conectan a dichas barras o directamente al sistema en anillo localizado en el área.

Debe exist ir siempre una interconexión entre la red de t ierras de los equipos eléctr icos y la red de t ierras de los sistemas electrónicos.

La puesta a tierra de los equipos eléctricos deberá cumplir con los requerimientos de los artículos 250 y 710-7 de la Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2005.

Equipos y sistemas electrónicos.

La puesta a tierra de estos equipos puede hacerse con un cero para dichos equipos. Este vasistema radial o un sistema en anillo.

La función principal de la red de tierra para los equipos y sistemas electrónicos es proporcionar un valor de referencia lor de referencia se obtiene cuando el valor de resistencia a tierra de la red es cercano a cero. Dependiendo de los valores de resistividad del terreno, el sistema radial puede estar formado por una sola varilla de tierra o por un grupo de varillas interconectadas.

Puesta a tierra de los sistemas eléctricos y electrónicos

Equipos y sistemas electrónicos

La puesta a tierra de estos equipos puede hacerse con un cero para dichos equipos. Este sistema radial o un sistema en anillo.

La función principal de la red de tierra para los equipos y sistemas electrónicos es proporcionar un valor de referencia lor de referencia se obtiene cuando el valor de resistencia a tierra de la red es cercano a cero. Dependiendo de los valores de resistividad del terreno, el sistema radial puede estar formado por una sola varilla de tierra o por un grupo de varillas interconectadas.

Sistemas de tierra – Detalles de instalación

Esta red de tierras se conecta mediante un cable aislado a una barra de cobre soportada sobre aisladores que se instala en el cuarto donde se ubican los equipos y sistemas. A la barra se le denomina barra de t ierra aislada y al sistema se le denomina sistema de tierra aislada.

A esta barra se conectan los cables aislados (IG) de la referencia de tierra de los equipos.

Puesta a tierra de los sistemas electrónicos

La malla de referencia de señales es un complemento de la red de tierras electrónica y su principal función es evitar la interferencia hacia y desde el área de ubicación de los equipos y sistemas electrónicos. Puede emplearse la estructura metálica del piso falso como malla de referencia de señales o puede fabricarse la malla con cintas de cobre.

El conductor de tierra (aislado) pasa a través del tablero de distribución.

Equipos y sistemas electrónicos – Puesta a tierra

Método de alambrado del conductor de tierra (aislado) con fuente derivada separada.

Equipos y sistemas electrónicos – Puesta a tierra

Estructura del piso falso empleada como malla de referencia de señales.

Equipos y sistemas electrónicos – Puesta a tierra

Malla de referencia de señales fabricada con cintas de cobre.

Equipos y sistemas electrónicos – Puesta a tierra