Línea a Tierra en Edificaciones

Línea a Tierra en Edificaciones: Explicación Técnica y Métricas Detalladas

El sistema de puesta a tierra es un componente esencial en cualquier instalación eléctrica, ya sea residencial, comercial o industrial. Su función principal es ofrecer una vía directa y segura para que las corrientes eléctricas no deseadas —como las generadas por cortocircuitos, fugas de corriente o rayos— se descarguen en la tierra sin causar daños.

Este sistema protege la vida de las personas, evitando descargas eléctricas, y también cuida los equipos eléctricos, previniendo fallos por sobretensiones. En términos técnicos, una buena puesta a tierra debe tener una resistencia menor a 25 ohmios según la norma IEEE, aunque en instalaciones críticas se recomienda incluso menos de 5 ohmios.

El diseño e implementación del sistema de puesta a tierra debe considerar elementos como:

• Electrodos de puesta a tierra (varillas, mallas, anillos o placas).

• Conductores de puesta a tierra con calibre adecuado (por ejemplo, cable de cobre desnudo AWG #4 o mayor).

• Ensayos de resistencia del sistema con equipos como el telurómetro.

Importancia de la Línea a Tierra y su Rol en la Seguridad Eléctrica

La línea a tierra es fundamental para garantizar la seguridad eléctrica en cualquier edificación. En caso de fallos eléctricos, como cortocircuitos o rayos, la línea a tierra ofrece una ruta de baja resistencia para que las corrientes eléctricas se descarguen de forma segura en el suelo.

Métricas Clave

• Corrientes de Falla: En un sistema eléctrico, las corrientes de falla pueden variar según el tipo de fallo. Por ejemplo, en un cortocircuito, la corriente puede llegar hasta 10,000 amperios (A) en instalaciones residenciales, y aún más en sistemas industriales. Estas corrientes deben disiparse rápidamente para evitar daños.

• Voltaje de Contacto Seguro: Normas internacionales como la IEC 60364 establecen que el voltaje de contacto seguro no debe exceder los 50 voltios (V) en ambientes secos y 25 V en ambientes húmedos, para proteger a las personas de riesgos eléctricos.

Componentes del Sistema de Puesta a Tierra: Detalles Técnicos

Un sistema de puesta a tierra efectivo en un edificio incluye varios componentes clave, cada uno diseñado con criterios técnicos específicos:

• Electrodo de Tierra: El electrodo de tierra, que puede ser una varilla de cobre, una placa metálica o una malla, dispersa la corriente eléctrica en el suelo. La eficiencia del electrodo se mide por su resistencia de tierra, que debe ser menor a 5 ohmios (Ω) en edificios residenciales y menos de 1 Ω en instalaciones industriales críticas. Esta resistencia depende de la resistividad del suelo, que varía entre 10 y 10,000 Ω·m.

• Conductor de Tierra: El conductor de tierra conecta el sistema eléctrico del edificio al electrodo de tierra. Debe ser de un material altamente conductor, como cobre, con un grosor mínimo de 16 mm² en viviendas y hasta 50 mm² o más en aplicaciones industriales. Este conductor debe ser capaz de manejar las corrientes de falla sin sufrir daños térmicos, y su tamaño se calcula con la fórmula:
• 
  

Donde:

S es la sección del conductor en mm².

I es la corriente de falla en amperios.

t es el tiempo de actuación de las protecciones en segundos.

k es una constante que depende del material del conductor y su aislamiento.

 

• Conductor de Protección (PE): El conductor de protección, identificado por los colores verde y amarillo, conecta todas las partes metálicas expuestas del sistema eléctrico a tierra. Este conductor también debe cumplir con requisitos mínimos de sección y soportar las corrientes de falla esperadas.

• Barra de Tierra: La barra de tierra es el punto de conexión para varios conductores de tierra. En instalaciones de alta demanda, como plantas industriales, la barra de tierra puede estar diseñada para manejar corrientes de hasta 30,000 A durante una falla, garantizando una conexión segura y de baja resistencia.

• Conexiones Equipotenciales: Las conexiones equipotenciales aseguran que todas las partes metálicas del sistema eléctrico y otras estructuras metálicas del edificio mantengan el mismo potencial eléctrico. Esto previene diferencias de potencial que podrían causar descargas eléctricas. El diseño debe asegurarse de que esta diferencia de potencial no supere los 0.1 V en condiciones normales.

Normativas y Estándares: Enfoque en Métricas

Normas como la IEC 60364 y el National Electrical Code (NEC) en Estados Unidos establecen requisitos estrictos para los sistemas de puesta a tierra. Estas normativas especifican límites de resistencia del electrodo de tierra, tamaños mínimos de conductores y tiempos de respuesta para dispositivos de protección. 

Por ejemplo:

• Tiempo de Respuesta de Protección: Según la IEC 60364, los dispositivos de protección deben cortar el suministro eléctrico en menos de 0.4 segundos en sistemas de 230 V en caso de un fallo a tierra.

• Resistencia Máxima del Electrodo de Tierra: La NEC sugiere que la resistencia del electrodo de tierra no supere los 25 Ω; sin embargo, en instalaciones críticas como hospitales, esta resistencia debe ser menor a 1 Ω.

Mantenimiento y Pruebas con Métricas Técnicas

El mantenimiento del sistema de puesta a tierra incluye la verificación periódica de la resistencia de tierra, utilizando métodos como la caída de potencial. Valores superiores a 5 Ω en viviendas o 1 Ω en industrias pueden indicar la necesidad de revisar y mejorar el sistema.

Conclusión Técnica

El sistema de puesta a tierra en edificios es esencial para garantizar la seguridad eléctrica y proteger la infraestructura ante fallos eléctricos. Un diseño y mantenimiento adecuados, que sigan las normativas y cumplan con métricas técnicas precisas, minimizan los riesgos y aseguran la continuidad de operaciones en cualquier tipo de instalación. Es crucial que el sistema esté diseñado y mantenido por profesionales que comprendan estos detalles técnicos para garantizar la seguridad y protección de las personas y los bienes.