PUESTA A TIERRA DE SISTEMAS ELÉCTRICOS
La puesta a tierra de sistemas eléctricos ha sido objeto de múltiples investigaciones, aunque hay distintas opiniones y prácticas, existe también una gran coincidencia en muchos aspectos.
En virtud de las disposiciones contenidas en el Decreto 351/79 que reglamenta la ley 19587 de Higiene y Seguridad del Trabajo, resulta de aplicación obligatoria la reglamentación de la A.E.A. ( Asociación electrotécnica Argentina ) para la ejecución de instalaciones eléctricas en inmuebles.
Esta reglamentación cuando habla de “ Instalación de puesta a tierra “ aclara que se realizará de acuerdo a las directivas de la norma Iram 2281.
El objeto de este informe es dar un código de práctica sobre los métodos por adoptar para poner un sistema eléctrico a tierra con el fin de proteger la vida humana y animal, los bienes y los sistemas eléctricos, en ese orden de prioridades.
Para la realización de un sistema de puesta a tierra hay que instalar en un lugar adecuado y a una profundidad apropiada un electrodo o sistema de electrodos metálicos y conectarlo a la instalación de puesta a tierra del edificio, establecimiento, estructura, etc. Esto parece sencillo pero se plantean numerosos problemas que hay que tener en cuenta para obtener una mínima resistencia de tierra con un mínimo de materiales y esfuerzo.
El factor principal de un sistema de puesta a tierra es la resistividad del suelo, la cual depende esencialmente de factores comunes a vastas regiones, pero particularidades locales pueden llevar a elegir ciertos lugares con valores más favorables.
La resistividad del suelo depende del tamaño de las partículas que lo componen , de la proporción de materiales solubles y de su grado de humedad, los componentes principales son el óxido de silicio y el óxido de aluminio, que son buenos aislantes, y la presencia de sales que reducen la resistividad. Si el contenido de agua o sales es elevado el proceso electrolítico será el fenómeno predominante, en cambio si el proceso es seco predominarán el tamaño de las partículas y el aire retenido entre ellas.
Cuando pueda elegirse el emplazamiento de la puesta a tierra se hará en uno de los siguientes tipos de suelo en el orden de preferencia indicado:
1- terreno pantanoso húmedo.
2- arcilla, terreno arenoso, tierra arable, suelo arcilloso o limo mezclado con pequeñas cantidades de arena.
3- Arcilla y limo mezclado con proporciones variables de arena, grava y piedras.
4- Arena mojada y húmeda, turba.
Se evitarán la arena seca, la arcilla pedregoso, la piedra caliza, la roca basáltica, el granito, y todo suelo muy pedregoso. El grado de humedad se reduce cerca de los árboles por lo que conviene evitar estos lugares.
Se puede mejorar la resistividad de un suelo con pocas sales agregándole sustancias químicas, pero este método no es muy recomendable ya que hay que repetir periódicamente la operación debido a la acción disolvente de la lluvia. El tratamiento químico es efectivo en terrenos de muy alta resistividad y se realiza únicamente en aquellos casos en los que no se pueda disminuir la resistencia por los medios normales: electrodos en paralelo, profundos, etc.
Es muy adecuado un suelo con poco drenaje pero no es necesario que esté empapado de agua ya que por lo general no se tiene ventaja alguna aumentando el contenido de humedad por encima del 20 %.
El total de la resistencia de un sistema de puesta a tierra se compone de la suma de estas tres resistencias:
1- La resistencia de los conductores que componen la instalación: en muchos casos puede despreciarse, pero puede constituir un factor esencial en el caso de descargas rápidas o cuando el sistema de electrodos está alejado considerablemente.
La resistencia eléctrica del material que componen los electrodos cumplen una función secundaria. Con corrientes muy elevadas, como la que producen los rayos, la intensidad del campo en la superficie de los electrodos es tan grande que los materiales magnéticos de los electrodos de tierra se saturan, entonces puede despreciarse la resistencia longitudinal de los electrodos de tierra de dimensiones normales, comparada con la resistencia del volumen de suelo que rodea al electrodo.
2- La resistencia de contacto entre el sistema de electrodos y tierra: también puede despreciarse si el contacto es suficientemente íntimo, de no ser así la resistencia puede elevarse considerablemente. Sin embargo, esta resistencia puede reducirse por la formación de arcos eléctricos en casos de sobretensión de valor suficiente.
3- La resistencia del suelo que rodea al sistema de electrodos es sin duda el factor más importante. El volumen de tierra circundante varía según la forma y el tamaño del electrodo. Una toma de tierra que permita la difusión de la corriente en un gran volumen de suelo tendrá una resistencia menor.
Si bien los electrodos de tierra que se utilizan son a menudo complejos se pueden distinguir entre ellos cuatro tipos:
1- Electrodos superficiales en zanjas: consisten en conductores enterrados horizontalmente a una profundidad mínima de 50 cm donde se minimiza el riesgo de daño mecánico, de las heladas o de la desecación estacional de las capas superiores del suelo. Tales electrodos hacen intervenir un gran volumen de terreno. Conociendo la resistividad del suelo se puede determinar el largo del conductor para obtener una determinada resistencia a tierra. Si por un alto valor de resistividad del suelo es necesario utilizar un conductor de gran longitud es preferible sustituirlo por varios conductores más cortos dispuestos en forma de estrella.
2- Jabalinas hincadas verticalmente: constituyen una alternativa conveniente y de ser cortas son relativamente fáciles de instalar, pero es poco frecuente que una sola proporcione la resistencia adecuada, por lo que conviene utilizar varias jabalinas interconectadas.
Las jabalinas, comparadas con otros tipos de electrodos de puesta a tierra, tiene ventajas: exigen menores trabajos de instalación, por lo que son más baratas en mano de obra; pueden introducirse hasta una profundidad adecuada para alcanzar capas de terreno de menor resistividad; se disminuye la variación de la resistencia a tierra debida a cambios de temperatura y humedad; la conexión entre jabalina y conductor es fácil de realizar e inspeccionar; se disminuyen costos de reparación de la parte superior del suelo ( pavimento, vereda ).
Donde se ponen en juego altas corrientes de dispersión a tierra, como ser en la protección contra el rayo o instalaciones de media tensión y con el fin de disminuir las tensiones de paso, la parte superior de la jabalina debe quedar aislada hasta una cierta profundidad, para ello se realiza un pozo de 50 cm de profundidad y la parte superior de la jabalina debe sobresalir unos 30 cm del fondo del pozo. El conductor conectado a la jabalina debe seguir el mismo criterio. En estos casos se recomienda la instalación de cámaras de inspección con el fin de marcar la posición exacta de la jabalina para inspecciones posteriores. Si el conductor es desnudo se lo protegerá convenientemente colocándolo dentro de un caño no metálico en la transición tierra-aire.
3- Electrodos de tierra de cimientos: la disposición de los hierros y sus ligaduras en una estructura de hormigón armado, en la mayoría de los casos, permiten la continuidad eléctrica. Se debe verificar que por lo menos el 50% de las interconexiones mecánicas de las barras de hierro estén soldadas o superpuestas una longitud mínima equivalente a 20 diámetros estando atadas firmemente. En caso de duda o exigencias particulares ( explosivos, alta inflamabilidad ) la continuidad eléctrica debe verificarse mediante una medición en el lugar.
4- Electrodos en forma de placas: prácticamente en desuso por ser la forma más antieconómica de puesta a tierra .
Respecto a los materiales utilizados en la construcción de las tomas de tierra podemos decir que el más apropiado es el cobre que resiste muy bien la corrosión. En este aspecto los electrodos de acero recubiertos de cobre se comportan de la misma forma ( norma IRAM 2309 ).
Se desaconseja el uso de acero sin revestimiento para los electrodos de puesta a tierra pero puede servir si se lo recubre con una capa de cinc para evitar su corrosión prematura ( norma IRAM 2310 )
Debido a la corrosión galvánica se recomienda evitar la conexión o proximidad al cobre de otros metales con diferente potencial electroquímico en el suelo como ser acero de cañerías o armaduras.
La técnica de la puesta a tierra exige que las conexiones entre los electrodos y los conductores o entre éstos entre sí sean resistentes a la corrosión y a las tensiones mecánicas debidas por ejemplo a variaciones de temperatura, con el fin de obtener resistencias de contacto reducidas y durables.
Se recomiendan, siempre que sea posible, las uniones soldadas mediante soldadura cuproaluminotérmica o en su defecto por soldadura autógena. Cuando las uniones sean del mismo material y de la misma sección se pueden realizar por compresión con deformación plástica en frío.
Para las conexiones enterradas o sumergidas se excluyen expresamente las uniones roscadas, abulonadas o remachadas, porque éstas no ofrecen la confiabilidad requerida.
La experiencia mundial habla de la necesidad de verificaciones periódicas del estado de las instalaciones de puesta a tierra, el examen de estado de conservación de sus puntos de unión y las mediciones de la resistencia de las tomas de tierra. La periodicidad adoptada oscila entre uno y cinco años.
Ing Marcelo J. Goveto