Componentes y Funcionamiento de un Sistema de Puesta a Tierra (PAT)

La puesta a tierra (PAT) es una conexión metálica directa, sin protecciones, de sección adecuada, entre partes de una instalación eléctrica y un conjunto de electrodos (usualmente una jabalina) enterrados en el suelo. Su objetivo es doble:

• Evitar diferencias de potencial peligrosas entre la instalación, la superficie cercana al terreno y las personas.
• Permitir el paso de corrientes de falla o descargas atmosféricas a tierra.

Componentes Principales de un Sistema PAT

1. Toma de tierra / Electrodo de puesta a tierra: Elemento metálico (jabalina, placa, anillo, etc.) en contacto permanente con el terreno. Facilita la disipación de corrientes de defecto.
   • Línea de enlace con tierra: Conductores que unen el electrodo con el punto de conexión de PAT.
   • Punto de conexión de PAT: Punto (regleta o borne) fuera del suelo que conecta la línea de enlace con la línea principal de tierra. Permite la desconexión para mediciones de resistencia.
2. Líneas principales de tierra: Conductores que parten del punto de PAT y se conectan a las derivaciones para la puesta a tierra de las masas, a través de los conductores de protección.
3. Derivaciones de las líneas principales de tierra: Conductores que unen la línea principal de tierra con los conductores de protección o directamente con las masas.
4. Conductores de protección: Unen eléctricamente las masas de la instalación a elementos de protección contra contactos indirectos.

Resistencia de Puesta a Tierra: Factores y Medición

La resistencia de PAT es la suma de:

• Resistencia del conductor (línea de tierra + línea de enlace): Generalmente despreciable.
• Resistencia de contacto entre el electrodo y el suelo: Muy pequeña si hay buena compactación.
• Resistencia del suelo alrededor de los electrodos (la más significativa): Depende de la resistividad del terreno y de la geometría del electrodo.

Factores que Influyen en la Resistividad del Terreno

La resistividad del terreno es variable y depende de:

• Naturaleza y composición: Varía desde decenas de ohm.m (terrenos orgánicos húmedos) hasta miles de ohm.m (terrenos graníticos secos).
• Temperatura: Un aumento de temperatura disminuye la resistividad.
• Estratigrafía: La resistividad total es el resultado de las capas que componen el terreno. La conducción es electrolítica (agua y sales).
• Humedad: A mayor humedad, menor resistividad.
• Salinidad: Agregar sales puede disminuir la resistividad.
• Compactación: Mayor compactación reduce la resistividad.

Medición de la Resistividad del Suelo

Es crucial conocer el perfil de resistividad para un diseño óptimo de la PAT. Se utilizan métodos como:

• Método de Wenner: Se usan cuatro picas equidistantes. La resistividad aparente es proporcional a la separación entre electrodos. Se inyecta corriente (I) y se mide la tensión (V). La resistividad se calcula con: R_a = (8/3) * π * h * R (donde h es la profundidad y R la resistencia medida).
• Método simétrico (similar a Wenner).

Consideraciones: La presencia de elementos metálicos o capas de terreno muy conductoras o resistentes puede perturbar las mediciones. Se recomienda realizar mediciones en diferentes zonas y con distintas separaciones de electrodos.

Tensión de Paso y de Contacto

Son magnitudes eléctricas que caracterizan una PAT. Una corriente de falla genera diferencias de potencial y gradientes en la zona próxima a la PAT. La corriente de falla máxima depende de la potencia de cortocircuito.

Tipos de Puesta a Tierra

• PAT de referencia: Proporciona un potencial constante para referenciar equipos.
• PAT de pararrayos: Drena sobretensiones de origen atmosférico.
• PAT de seguridad: Deriva corrientes de falla peligrosas, protegiendo personas y bienes. Es la más importante.
• PAT de servicio: Mantiene a potencial de tierra partes del circuito de alimentación (centros de estrella de generadores y transformadores).

Esquemas de Conexión a Tierra (ECT)

Se clasifican según la conexión de la fuente de alimentación y las masas:

• Primera letra (fuente):
  • T: Conexión directa a tierra de un punto.
  • I: Aislamiento o conexión a tierra a través de impedancia.
• Segunda letra (masas):
  • T: Masas conectadas directamente a tierra, independiente de la fuente.
  • N: Masas unidas al punto de puesta a tierra de la fuente (usualmente el neutro).
• Tercera letra (solo en TN, conductores PE y neutro):
  • S: Conductores separados para PE y neutro.
  • C: Conductor único (PEN) para protección y neutro.

Esquema TT

Utilizado en la distribución de baja tensión en Argentina. Tiene una PAT de servicio y el neutro conectado a tierra. El neutro puede tener potencial respecto a tierra, por lo que no se usa como PE. El usuario provee su propia PAT de seguridad (independiente de la de servicio). La distancia de separación debe ser mayor o igual a 10 veces el radio equivalente de la jabalina más larga. Debe cumplirse: R_a * I_d ≤ V_c (tensión de contacto admisible: ≤ 24V en ambientes secos, ≤ 12V en húmedos). I_d ≤ 30mA, tiempo de desconexión t_d ≤ 30ms.

Esquema TN-S

Un defecto a tierra produce una corriente de cortocircuito. El lazo de falla incluye conductores activos y PE. No hay recorrido por tierra. Se debe verificar la actuación de los disyuntores diferenciales.

Método de Caída de Potencial (Medición con 3 Terminales)

Se utilizan dos electrodos auxiliares. Se conectan C1 y P1 al electrodo a medir. C2 se coloca lejos. P2 se coloca en línea recta entre el electrodo y C2. Se toman lecturas de resistencia para varias posiciones de P2. El valor correcto es al 62% de la distancia entre el electrodo y C2. Si la distancia es grande, la resistencia es constante entre A y B (fuera de la zona de influencia).

Distancia Mínima para C2

Si C2 está muy cerca, las superficies equipotenciales se superponen y la resistencia aumenta. A una distancia adecuada (62%), la influencia es mínima.

Ensayo Simplificado de Caída de Tensión

Se coloca P2 al 62% de la distancia. Se hacen mediciones a cada lado. Si coinciden, es el valor de resistencia. Si no, se aleja C2. Se usa cuando no hay espacio.

Reglas Prácticas

Para 1 o 2 electrodos, C2 a 30-37.5m, P2 a 18.6-23.4m. Para electrodos grandes, C2 a 60m, P2 a 37.5m. Para sistemas complejos, mayores distancias.

Conductor de Protección (PE)

Conecta las masas al borne de PAT de los tomacorrientes o al artefacto. Su sección se determina según normativa.

Tipos de Conductores de Protección

• Aislados en cables multipolares.
• Unipolares de cobre aislados (verde-amarillo).
• Carcasas metálicas de barras blindadas y bandejas portacables (si se garantiza continuidad, sección adecuada y no se desmontan sin puentes).
• Los caños metálicos *no* son conductores de protección, pero deben conectarse a tierra.

Prohibiciones:

• Usar el PE para doble función (protección y neutro).
• Intercalar fusibles, interruptores o seccionadores en el PE.

La AEA recomienda sección mínima de 2.5 mm² para el PE y que no se interrumpa.