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Capacitación
Cuadernillo técnico | Nro. 3
Toma de tierra y dispositivos de protección
Toma de tierra o electrodo
es aquí donde la densidad de corriente es la mayor.
Éste es el elemento que hace posible la conexión
Para obtener una baja resistencia total, la densidad de
de un componente eléctrico al potencial de tierra, a
la corriente deberá ser lo más baja posible en el medio
través de su superficie exterior en contacto con el sue-
adyacente al electrodo, el cual deberá ser diseñado de
lo. La forma y dimensión de la jabalina al igual que
tal manera que la densidad de corriente disminuya rá-
la profundidad del hincado, resulta ser de la mayor
pidamente con la distancia al electrodo.
importancia en el diseño de un sistema de puesta a
tierra.
Por lo tanto, un caño, barra o cinta tiene una notable menor resistencia que una placa de igual superficie. Por tal motivo, el electrodo típico que se utiliza
Forma y dimensiones
La reglamentación AEA inciso 771-C.2.2.1 lista
una serie de electrodos permitidos. Ellos son:
la barra de acero-cobre (acero al carbono trefilado revestido de cobre electrolítico).
Electrodos de cintas, cables o alambres: estos elec-
El aumento del diámetro de la jabalina no disminu-
trodos consisten en conductores enterrados hori-
ye proporcionalmente la resistencia eléctrica del elec-
zontalmente a una profundidad mínima de 0,5 m.
trodo. Principalmente es el suelo que rodea la jabalina
Tales eletrodos hacen intervenir una gran cantidad
el que determina la resistencia.
de volumen de terreno. Normalmente se colocan
formando una malla.
Los ensayos demuestran que la diferencia de resistencia obtenida entre las jabalinas disponibles comer-
Electrodos de tierra de cimientos: utilizan la estruc-
cialmente es despreciable. La variación de la resistencia
tura de los cimientos de la construcción civil como
al pasar de una jabalina de 1/2” a 3/4” de diámetro
puesta a tierra.
no disminuye más que un 10%, mientras que su peso
Electrodos de jabalinas: es un método sencillo,
(que determina el precio) es el doble. Por encima de
económico y de rápida instalación, ya que se rea-
3/4” de diámetro no se consigue ningún efecto más
liza por hincado directo. Consiste en varillas cilín-
que el de elevar su costo.
dricas lisas, de diversas longitudes y materiales. Por
Lo importante es que la jabalina tenga buena re-
lo general se utilizan varias, hincadas en paralelo,
sistencia mecánica para lograr un fácil hincado sin
como método para disminuir la resistencia total.
problemas de pandeo, y una eficaz protección contra
Electrodos de placas: están constituidos por una
la corrosión para tener una gran duración. Es la resis-
plancha de cobre o de acero cincado enterrada di-
tencia mecánica de la jabalina lo que determina, en-
rectamente en el terreno. Este método posee una
tonces, el diámetro a elegir. Ejemplo: en la mayoría de
mayor superficie de contacto, pero es costoso y en
los terrenos se pueden hincar sin problemas jabalinas
algunas situaciones alcanza gradientes de tensión
de 1/2” x 3 m, para terrenos más duros es aconsejable
peligrosos.
5/8” o 3/4” dependiendo del mismo.
La mayor parte de la caída de potencial en el suelo
Profundidad de instalación
ocurre en la zona más cercana al electrodo, dado que
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para hincar en el suelo, según Norma IRAM 2309, es
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La profundidad de colocación será aquella donde el
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suelo además de presentar baja resistencia, garantice
que la humedad mantenga valores relativamente constantes independientes de las variaciones estacionales,
tales como lluvias, temperaturas, vegetación, etc.
Dentro de valores normales (10/100 Ωm) la resistencia del electrodo disminuye notoriamente a medida que
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nos acercamos a una profundidad de entre 3 y 5 m. Más
allá de los 5 m la reducción de la resistencia es mínima,
y solo aumenta el costo del electrodo. Asimismo, debemos tener en cuenta la profundidad de congelamiento.
Líneas
equipotenciales
Efecto del suelo
La resistencia eléctrica de una puesta a tierra de-
Jabalina
pende principalmente del tipo de suelo: considerando el suelo en capas cilíndricas de igual espesor que
La resistencia varía inversamente con la sección
rodean al electrodo y suponiendo que el mismo tiene
y, por lo tanto, la resistividad del suelo es un factor
resistividad eléctrica uniforme; observamos que la pri-
muy importante en las primeras capas alrededor del
mera capa alrededor del mismo es la que ofrece ma-
electrodo. Las mediciones efectuadas muestran que
yor resistencia, ya que es la que tiene menor sección
el 90% de la resistencia eléctrica se encuentra en un
normal al flujo de corriente. Cada capa siguiente tiene
radio de 1,5 a 3 m del electrodo. Por ello se aconseja
mayor sección y, por lo tanto, menos resistencia, ya
cuando se colocan jabalinas en paralelo ponerlas a 4 m
que es la que tiene menor sección normal al flujo de
una de otra.
corriente.Cada capa siguiente tiene mayor sección y
por lo tanto menos resistencia eléctrica, a una distan-
Efecto de la forma del electrodo
cia de 2,5 o 3 m. La superficie de la capa es tan grande
La mayor parte de la caída de potencial ocurre en
que la resistencia de la misma es despreciable compa-
el suelo en la zona más cercana al electrodo, dado que
rada con la de la primera capa.
es aquí donde la densidad de corriente es la mayor.
Para obtener una baja resistencia total, la densidad de
corriente deberá ser lo más baja posible en el medio
adyacente al electrodo, el cual deberá ser diseñado de
tal manera que la densidad de corriente disminuya rápidamente con la distancia al electrodo. Este requerimiento se logra haciendo que las dimensiones en una
dirección sean grandes comparadas con aquellas en
las otras dos. Por lo tanto, un caño, barra o cinta tiene
una notable menor resistencia que una placa de igual
superficie.
La resistencia no es por lo tanto inversamente pro-
Capas cilíndricas de suelo alrededor del electrodo
porcional a la superficie del electrodo.
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La resistencia de los diversos tipos de electrodos
está expresadas por las siguientes fórmulas:
personal no idóneo. Por esta razón sus regulaciones
son fijas (no se pueden ajustar), no siendo indicados
para protección de motores. Disponen de un dispa-
Placas R =
Jabalinas
(caños, barras)
ρ
π
4
A
ρ
R=
2 πL
Ln
[ ]
4L
r
-1
R = resistencia (Ω)
ρ = resistividad (Ωcm)
A = área total de la placa (ambos lados-cm2)
L = longitud (cm)
r = radio (cm)
rador térmico (bimetal) que reacciona ante sobrecargas moderadas, y un disparador electromagnético que
reacciona ante elevadaas sobrecargas o cortocircuitos.
Clasificación: se clasifican de acuerdo a dos variables:
Aplicando esta fórmula vemos que para obtener
1. Por su característica de desconexión: el bi-
una resistencia dada en un suelo uniforme se necesita
metal actúa de acuerdo a su característcia de inten-
los siguientes valores:
sidad/tiempo, adaptándose a las curvas de carga de
cables y conductores. La IEC 60898 define tres tipos
Tipo de electrodo
Características
Placa
2 mm cobre
Jabalina
14 (½") r = 0,6 cm
Para una resistividad del terreno ρ = 1500 Ω
Resistencia obtenida
3Ω
4Ω
Sup. necesaria
4,91 m2
1,76 m2
Profundidad (sup.)
5,78 m (0,22 m2)
3,18 m (0,12 m2)
Para una resistividad del terreno ρ = 5000 Ω
Resistencia obtenida
5Ω
10 Ω
Sup. necesaria
19,63 m2
4,91 m
Profundidad (sup.)
12,82 m (0,48 m2)
5,78 m (0,22 m2)
de curvas, iguales entre sí en cuanto a la protección
contra sobrecargas, solo difieren en el valor de ajuste
del disparador por cortocircuitos. Este disparador está
destinado a proteger al bimetal y a los contactos del
propio interruptor termomagnético, no a la carga. Las
principales curvas son:
Curva B: protección de conductores de gran longitud pero que no permite la inserción de corrientes
elevadas de corta duración.
Comparando placas con jabalinas se observa que
Curva C: protección de conductores en instalacio-
para obtener el mismo valor de resistencia eléctrica en
nes donde se producen corrientes de arranque ele-
el mismo suelo, la jabalina es más práctica y econó-
vadas, por ejemplo: motores, lámparas, etc.
mica que la placa permitiendo además llegar a pro-
Curva D: protección de conductores donde se pro-
fundidades mayores (zona de humedad permanente) y
ducen fuertes corrientes de impulso, por ejemplo:
por supuesto con un costo de instalación despreciable
transformadores, capacitores, etc.
comparado con una placa. Es también importante tener en cuenta que la resistencia depende de una pe-
2. Por su capacidad de ruptura: se refiere a la
queña proporción de la superficie del electrodo, por lo
capacidad que posee un dispositivo de protección de
tanto no tiene sentido económico ni práctico el uso de
interrumpir el flujo de corriente de un cortocircuito a
electrodos de secciones distintas a la circular.
un determinado valor de tensión.
Estos valores se encuentran normalizados y se de-
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Dispositivos de protección
terminan de acuerdo a condiciones de ensayo estric-
Interruptores termomagnéticos
tamente especificados en la norma IEC 60898. Los
Son aparatos destinados a proteger a los cables
valores normalizados son 3, 4,5, 6, 19 y 15 kA. Los
y conductores de una instalación contra los efectos
más utilizados en instalaciones domiciliarias son los de
de sobrecarga y cortocircuitos. Se basan en la Norma
3 kA, pero siempre debe verificarse la corriente pre-
IEC 60898, que presta especial atención a la aplica-
sunta de cortocircuito para establecer si este valor es
ción doméstica de estos aparatos y a su operación por
suficiente.
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Interruptores diferenciales
Protegen a las personas contra contactos directos
accidentales de elementos bajo tensión, y a los edifi-
2. Diferenciales de alta sensibilidad (I∆n < 30 mA):
protegen contra contactos indirectos y brindan protección complementaria contra los contactos directos.
cios contra el riesgo de incendios provocados por co-
Los interruptores diferenciales que se ofrecen en el
rrientes de fuga a tierra. No incluyen ningún tipo de
mercado se presentan con sensibilidad de 10, 30, 100,
protección contra sobrecargas o cortocircuitos entre
300 y 500 mA. Los diferenciales de 10 mA son espe-
fases o entre fase y neutro.
cialmente indicados para ambientes húmedos, y los de
El interruptor diferencial actúa por la diferencia de
corriente entre el polo de entrada y de salida del cir-
100, 300 y 500 mA solo utilizables como protección
contra incendios.
cuito, diferencia que es la corriente de falla o deriva-
El Reglamento para la Ejecución de Instalaciones
ción a tierra. En un circuito trifásico, las corrientes que
Eléctricas en Inmuebles de la AEA exige la obligato-
fluyen por las fases se compensaran con la del neutro,
riedad de utilizar una protección diferencial con una
sumando vectorialmente cero en cada momento. Del
sensibilidad de 30 mA como aparato de cabecera en
mismo modo, en un circuito monofásico la corriente
el tablero principal o los tableros seccionales, como
de la fase y la del neutro son en todo momento igua-
protección contra contactos directos, indirectos e in-
les, a menos que haya una falla de aislamiento.
cendios. La norma IRAM y el reglamento de la AEA no
Al detectar esa corriente de falla (o falla de aislamiento) llamada "corriente de defecto", el diferencial
permite la utilización de interruptores diferenciales de
accionamiento electrónico.
desconecta automaticamente el circuito. Si una persona (o mascota) tocara accidentalmente una parte bajo
Tipos de corriente
tensión, esa corriente derivaría a tierra a través de su
Los interruptores diferenciales habituales están
cuerpo. En un tiempo medido en milisegundos, el di-
diseñados para funcionar unicamente con corriente
ferencial detecta esa corriente de defecto protegiendo
alterna, y se denominan del tipo AC. Debido al uso
así a la persona.
de aparatos electrodomésticos o industriales con componente electrónicos, en casos de fallas de aislamiento
Clasificación: en función de la sensibilidad de inter-
pueden circular corrientes no senoidales también pe-
vención se distinguen dos tipos de interruptores dife-
ligrosas.
renciales:
Para ello se han diseñado los interruptores del tipo
1. Diferenciales de baja sensibilidad (I∆b > 3 mA):
A, capaces de disparar tanto con corrientes de defec-
se utilizan generalmente en instalaciones comerciales
to alternas senoidales como con corrientes continuas
o industriales, donde se presentan fugas a tierra en
pulsantes. Existen además interruptores diferenciales
forma normal (por ejemplo, industrias con motores
que pueden funcionar con corrientes continuas pla-
que operan en ambientes húmedos). Protegen a la ins-
nas, que son los del tipo A.
talación de fallas importantes a tierra y a las personas
Por su importancia fundamental en la protección
de contactos indirectos, en coordinación con un siste-
de la vida de las personas y para comprobar su co-
ma de puesta a tierra adecuado. También proporcio-
rrecto funcionamiento, los interruptores diferenciales
nan una eficaz protección contra incendios causados
presentan un botón de prueba que simula una falla,
por deterioro o fallas en el material aislante de cables
comprobando todo el mecanismo. El botón de prueba
o equipos.
deberá ser accionado periódicamente, según lo indicado por cada marca.
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Peligro de contacto directo
miento de la tensión de neutro a valores que superen
Relación de los valores de corriente y los efectos
la tensión máxima admitida de 250 V, es de 2 Ω. Se
que causa al circular por el cuerpo de una persona.
admiten valores superiores, hasta un máximo de 10 Ω,
Valores aproximados:
para casos en que con este valor se da cumplimiento
a los requerimientos señalados en el párrafo anterior.
Corriente
Efecto fisiológico
Consecuencia
1 mA
Umbral de percepción.
Cosquilleo.
3 mA
Umbral de percepción.
Sensación desagradable.
10 mA
Parálisis de los
brazos.
Si el objeto esta tomado no se lo puede
soltar. Si se toca es
repelido.
30 mA
Parálisis respiratoria.
Si se prolonga es
mortal.
Todos los tableros deberán estar conectados a tie-
75 mA
Fibrilación ventricular.
Puede resultar fatal.
En todos los casos se debe tener en cuenta las re-
250 mA
o más
Parálisis del corazón sin fibrilación.
Grave peligro de
muerte.
Protecciones en los tableros eléctricos
Interruptor diferencial:
• Protección de personas: 10 o 30 mA
• Protección de la instalación: 300 mA
• Protección selectiva de instalaciones: 300 mA
rra.
comendacioes del Reglamento para Inmuebles de
la AEA 90364
Curiosamente, corrientes más elevadas (más de
5 A) pueden no resultar fatales debido a que ocasionan descargas superficiales con graves quemaduras de
piel no afectando órganos internos.
Interruptor
diferencial
Requisitos de un sistema de puesta a tierra:
Requisitos de seguridad: debe garantizar la seguridad de una persona, evitando la circulación de
una corriente inadmisible para el ser humano.
Requisitos funcionales: resistir los esfuerzos térmicos y electrodinámicos. Resistencia mecánica y
contra la corrosión. Evitar daños en equipos e ins-
Interruptor
talaciones.
termomagnético
Valores máximos de resistencia de puesta a tierra
La reglamentación de la AEA establece que "... El
máximo valor de la resistencia de puesta a tierra será
el necesario para garantizar que la tensión de contacto
Vc no sea mayor que los valores indicados. El valor
resultante será menor que 40 Ω..."
En BT (baja tensión de, 60 V a 1,1 kV) el valor de
resistencia de puesta a tierra que garantice la actuación de los protectores diferenciales y evite el despla-
Jabalinas de puesta a tierra»y» 5 - 2 8 - 0 2
Facbsa.tif
soldadura cuproaluminotérmica
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