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domingo, 26 de agosto de 2018

Componentes de los sistemas de puesta a tierra en edificios (Parte 2ª)




PARTES QUE COMPONEN LA INSTALACIÓN DE PUESTA A TIERRA DE UN EDIFICIO

Circuito o red de puesta a tierra

El circuito de puesta a tierra es el conjunto de conductores, así como sus derivaciones y empalmes, que forman las diferentes partes de la instalación de tierra.

·         El REBT, en su instrucción ITC BT 18.3 divide la instalación, circuito, o red de puesta a tierra como sigue:

1: Toma de tierra
2: Electrodos
3: Línea de enlace con tierra
4: Puntos de puesta a tierra o bornes principales de tierra
5: Línea principal de tierra
6: Derivaciones de la línea principal de tierra
7: Conductores de protección
8: Masas

·         La norma UNE 20460-5-54 /IEC 364-5-54 divide la red de tierra y denomina sus distintas partes como sigue:

B: Borne principal de tierra
C: Elemento conductor
M: Masa
P: Canalización metálica principal de agua
T: Toma de tierra (s. REBT, electrodo)
1: Conductor de protección (Incluye la línea principal de tierra y sus derivaciones, del REBT)
2: Conductor de tierra (s.REBT. Línea de enlace con tierra)
3: Unión equipotencial principal (No considerada en el REBT)
4: Unión equipotencial suplementaria (No considerada en el REBT)

En lo que sigue, para este circuito, usamos mayormente la nomenclatura del REBT, ITC BT 18, si bien será útil tener presente las diferencias entre ambas nomenclaturas.

Toma de tierra

La toma de tierra comprende los siguientes elementos:

·         Electrodo o grupo de electrodos
·         Línea de enlace con tierra
·         Punto de puesta a tierra

Electrodos

Un electrodo de tierra es una pieza conductora, usualmente una masa metálica, en contacto íntimo y permanente con el terreno, para facilitar el paso a éste de las corrientes de defecto que puedan presentarse, o de la carga eléctrica que tenga o pueda tener el edificio.

Distinguiremos aquí entre electrodos naturales y electrodos artificiales. Aunque tanto el REBT en su edición del 2002 (si lo hace en la edición de 1973) como la norma UNE 20460/IEC 364 no hacen esta distinción.

Electrodos naturales

Se consideran electrodos naturales aquellos elementos conductores incluidos en el terreno que fueron inicialmente enterrados con una finalidad principal distinta, pero que hacen buen contacto eléctrico con el terreno y, por tanto, son capaces de actuar también como electrodos de tierra.

Así pueden ser electrodos naturales:

□ Una red de conducciones metálicas enterradas, p.e. conducciones de agua.

Para su uso se requiere:
·         La previa autorización de la Cía. distribuidora.
·         La previa autorización del propietario del electrodo.
·    Que la continuidad eléctrica de la conducción quede perfectamente asegurada, y que, en lo posible su fiabilidad no dependa de terceros.
·   Que se tomen las precauciones debidas para que, si hay cambios en la conducción, el responsable de la instalación eléctrica sea advertido de ello.

Se prohíbe, por razones de seguridad, utilizar como electrodos las canalizaciones de: gas o fluidos inflamables, calefacción central, y las conducciones de desagüe, humos o basuras. No obstante, estas canalizaciones deben conectarse al circuito de tierra o con la unión equipotencial.

□ La cubierta de plomo u otras envolventes de los cables de BT enterrados.

Se requiere:
·         La previa autorización del propietario o Cía. Distribuidora.
·         Que la envoltura no sea susceptible de deterioro debido a una corrosión excesiva.
·         Que la continuidad está perfectamente asegurada.
·         Que se tomen las precauciones debidas para que el responsable de la instalación eléctrica sea advertido de los cambios en el cable que podrían afectar a sus características como electrodo.

□ Los pilares metálicos o las zapatas de hormigón armado, de cimentación del edificio.

·    Se requiere que estén enterrados a cierta profundidad y estén interconectados mediante una estructura metálica.
·   El eventual revestimiento de hormigón no se opone a la utilización de tales pilares como electrodos, pues no modifica sensiblemente el valor de su resistencia a tierra.
·      En las estructuras de hormigón armado un número significativo de los hierros principales, y, como mínimo, uno por zapata, deben estar conectados entre sí. La conexión debe establecerse mediante soldadura autógena.
·       Deben tomarse precauciones especiales con las armaduras de hormigón pretensado.

Electrodos artificiales

Definición y empleo

Se consideran electrodos artificiales aquellos elementos conductores incorporados al terreno con el exclusivo objeto de obtener un buen contacto eléctrico con el mismo.

Los electrodos artificiales son los elementos que, en general, se emplean principalmente para las tomas de tierra. No obstante, pueden usarse conjuntamente con electrodos naturales ya existentes en la zona de la instalación. Incluso se podrá prescindir de electrodos artificiales cuando los electrodos naturales existentes presenten y aseguren un buen contacto permanente con el terreno, sean de sección suficiente y la resistencia de tierra obtenida presente un valor adecuado.

Constitución

Los electrodos artificiales suelen estar constituidos por:

·         Electrodos simples en forma de barras, tubos, placas, cables, pletinas, u otros perfiles.
·         Anillos, redes o mallas formadas por combinaciones de electrodos simples como los indicados.

Materiales

Los electrodos deben ser resistentes a la humedad y a la acción química del terreno. A no ser que las condiciones del terreno (p.e. en industrias químicas) requieran otros materiales, lo usual es emplear metales tales como: cobre, hierro chapado con cobre, hierro galvanizado, hierro no galvanizado pero protegido catódicamente, o fundición de hierro. Se admiten metales ligeros solo cuando su resistencia a la corrosión, en el terreno considerado, sea netamente superior a la del cobre o del hierro galvanizado.

Sección

La sección del electrodo no debe ser inferior a 1/4 de la sección equivalente del conductor que constituye la línea principal de tierra. Si el electrodo es de fundición de hierro, su sección mínima será el doble de la indicada para hierro galvanizado.

Barras verticales o picas

Las picas verticales podrán consistir en tubos, barras o perfiles, de: hierro galvanizado, hierro chapado de cobre, o de cobre.

Su longitud mínima no será inferior a 2 m.

Su sección estará en consonancia con la corriente a disipar y la duración de la misma. Como orientación pueden servir los siguientes valores:


En cuanto a las dimensiones mínimas permitidas tenemos:


Si para conseguir la deseada resistencia de tierra son necesarias varias picas conectadas en paralelo, no deben clavarse juntas pues su influencia mutua reduce la efectividad del conjunto. La separación mínima recomendable es:


·         Según VDE 0100: Doble al largo de cada pica enterrada.

Si la conexión entre picas es desnuda y enterrada, esta conexión actúa también como parte del electrodo.

Placas enterradas

Son placas de cobre o de hierro galvanizado, de superficie útil no inferior a 0,5 m2; en general se trata de placas corrientes de 500 x 1000 mm. Su grueso, como mínimo, debe ser:

·         Si se trata de placas de cobre:  2 mm de grueso
·         Si se trata de hierro galvanizado: 2,5 mm de grueso
·         3 mm de grueso, según VDE 0100

Las placas se entierran en posición vertical. La arista superior debe quedar, como mínimo, 1 m. por debajo de la superficie del terreno.

Caso que se requieran varias placas se recomienda guardar una distancia entre ellas de, por lo menos, 3 m. Las placas enterradas son el tipo de electrodo menos usado pues, a igualdad de resistencia de difusión (resistencia de tierra) son los que representan un mayor dispendio en material.

Electrodos enterrados horizontalmente

Estos electrodos pueden ser conductores desnudos como p.e.:



También pueden consistir en combinaciones de conductores como los descritos en la tabla precedente, unidos en configuraciones radiales, poligonales, reticulares o combinaciones de estas figuras.


Los electrodos de forma radial deben ser regulares, en lo posible, y el ángulo entre dos radios adyacentes no debería ser inferior a 60º, puesto que las pequeñas separaciones, debido a la influencia de la parte contraria, contribuyen poco a la reducción la resistencia de tierra (resistencia de difusión).

Los electrodos son ya eficaces, a efectos de igualación del potencial, a profundidades de 0,3 a 0,5 m, pero, para evitar que puedan ser afectados por la posible pérdida de humedad del suelo, por las heladas o por las labores del terreno, deberán enterrarse a una profundidad de 0,5 a 1m. No obstante, si el terreno presenta una resistividad baja en su capa superficial, y elevada en las cargas más profundas, se admite reducir a 30 cm la profundidad de los electrodos.

Electrodos en la cimentación del edificio

Los electrodos descritos anteriormente pueden situarse en los patios o en los jardines del edificio, no obstante, a menudo, ello puede presentar dificultades por lo que puede ser válido el tendido de un conductor desnudo en el fondo de las zanjas de cimentación del edificio, antes de empezar el aporte de cemento.

Este conductor debe formar un anillo cerrado que interese a todo el perímetro del edificio, y si se prevé la necesidad de disminuir la resistencia de tierra obtenido, el anillo deberá complementarse conectándole picas adicionales hincadas en el terreno.

Ejemplos de cimentaciones:

Cuando coincidan varios edificios próximos, se procurará unir entre sí los anillos que forman el electrodo de cada edificio, con objeto de formar una malla de la mayor extensión posible.

En cuanto al material usado para formar el anillo-electrodo, se permite elegir entre:

·         Cable rígido de cobre desnudo de, como mínimo 35 mm2 de sección.
·         Cable de acero galvanizado de, como mínimo, 95 mm2 de sección.

No obstante es evidente que podrá usarse cualquiera de los elementos aceptados como electrodos enterrados horizontalmente.

Línea de enlace con tierra

La línea de enlace con tierra es el conductor que une el electrodo o conjunto de electrodos con el punto de puesta a tierra o borne principal de tierra.

Esta línea será de cobre o de otro metal de alto punto de fusión y de sección que permita el paso de la máxima corriente de falta que pueda presentarse sin que se origine una temperatura cercana a la de fusión del conductor ni ponga en peligro los empalmes o conexiones.

La corriente de falta podrá considerarse de duración inferior a 2 segundos siempre que lo justifiquen los dispositivos de corte instalados en el circuito de utilización de la energía.

En cuanto a la sección mínima permisible tenemos:

·         Según el REBT
·         Según UNE 20460-5-54 / IEC 364-5-54

La unión con el electrodo ha de asegurar el buen contacto eléctrico. A este efecto, la unión se efectuará con todo cuidado por medio de: tornillos, remaches, elementos de comprensión o soldadura autógena. Se prohíbe el empleo de soldaduras de bajo punto de fusión, como estaño, plomo, o algunas soldaduras de plata.

Cuando el electrodo es la conducción de agua, la línea de enlace se conectará a la conducción inmediatamente a la entrada de ésta en el edificio y antes del contador general de agua. Si por razones prácticas fuera difícil respetar la condición anterior, el punto de conexión podrá encontrarse después del contador principal de agua y sus accesorios; en este caso el contador de agua y sus accesorios serán puenteados mediante un conductor de cobre de, por lo menos 16 mm2 de sección (u otro conductor de resistencia eléctrica equivalente) dispuesto de forma que el contador de agua pueda ser montado o desmontado sin necesidad de desmontar el puente.

La línea de enlace será resistente a la corrosión química, en especial a los efectos de la humedad.

La parte de línea de enlace con tierra, desnuda y enterrada en el suelo, se considera que forma parte del electrodo.

Si en una instalación existen tomas de tierra independientes p.e. entre la toma de tierra del edificio y la de un centro de transformación, se mantendrá entre las respectivas líneas de enlace un aislamiento apropiado a las tensiones susceptibles de aparecer entre ellas.

Puntos de puesta a tierra

Son puntos o elementos de conexión situados fuera del suelo, en lugar accesible, que sirve de unión entre el electrodo o línea de enlace de los mismos con otras partes de la instalación de tierra, como p.e. masas metálicas u otros electrodos.

En toda instalación debe preverse un borne principal de tierra al que se unirán los conductores siguientes:

·         La línea de enlace con el electrodo principal.
·         La línea principal de tierra.
·         Los conductores de la unión equipotencial principal.
·         La línea de puesta a tierra funcional, si es necesaria.

Según el REBT, ITC BT 26.3.3, deben situarse puntos de puesta a tierra en:

·         Los patios de luces destinados a cocinas y cuartos de aseo.
·         El local o lugar de centralización de contadores, si lo hubiese.
·         La base de las estructuras metálicas de los ascensores y montacargas, si los hubiese.
·         El punto de ubicación de la caja general de protección.
·         En cualquier local donde se prevea la instalación de elementos destinados a servicios generales o especiales, y que por su clase de aislamiento o condiciones de instalación deban ponerse a tierra.

También debe preverse sobre los electrodos, y en lugar accesible un dispositivo que permita medir la resistencia de tierra correspondiente. Este dispositivo:

·         Según el REBT debe incluirse en el borne principal de tierra.
·         Según UNE 20460 / IEC 364 puede estar combinado con el borne principal de tierra, o no.

En servicio normal este dispositivo de medición estará puenteado, y solo se abrirá momentáneamente por necesidad de revisión o de medición de la resistencia de tierra. Por ello, su unión debe ser mecánica y eléctricamente segura, y solo será desmontable necesariamente por medio de un útil.

Son ejemplos usuales de borne principal de puesta a tierra combinado con puente de medida, las dos figuras siguientes:

Los puntos o bornes de puesta a tierra serán de cobre o de otro material de alto punto de fusión que garantice el buen contacto eléctrico. Si se estima conveniente se protegerán contra la corrosión química y/o la suciedad mediante pastas y/o envolventes. También se instalarán al abrigo de agresiones mecánicas.

Se dimensionarán de acuerdo con:

·         La máxima corriente que pueda presentarse, y su duración.
·         La sección de las líneas o conductores a conectar.
·         La resistencia al calor de los elementos próximos.

Algunas normas - como p.e. VDE 0100 - prescriben que en las uniones donde la presión de contacto se obtiene mediante tornillos, estos estarán asegurados contra el autoaflojado. Si la unión roscada consiste en un solo tornillo este tornillo será M10 o mayor.

Línea principal de tierra

Es la línea conductora que, partiendo del punto principal de puesta a tierra, constituye la columna vertebral de la red de tierra que se extiende por todo el edificio. De ella parten las derivaciones necesarias para la puesta a tierra de las masas, generalmente a través de los conductores de protección.

Un edificio puede disponer de una o varias líneas principales de tierra.

Recorrido

El recorrido de la línea principal de tierra será el más corto posible y sin cambios bruscos de dirección. Podrá seguir por:

·         Los patios de luces.
·         Canalizaciones interiores.
·         Las mismas canalizaciones de las líneas repartidoras.

En este último caso se atenderán las normas particulares de la empresa distribuidora de energía según el REBT, la línea principal de tierra estará constituida por conductores de cobre de forma plana o redonda, aislados o desnudos. Debe disponer de protección mecánica en:

·         Los puntos en que sea accesible.
·         Los pasos de paredes, techos, etc.

Sección

Su sección no será inferior a:

·         ½ de la sección de los conductores de fase de la línea repartidora, supuesta de cobre.
·         16mm2.
·         La sección de la mayor derivación a soportar.

Otros materiales

Sin embargo, otras normas permiten otros materiales además del cobre y no condicionan la sección a las dimensiones de la línea repartidora del circuito de potencia sino a la previsible intensidad máxima de cortocircuito. Así, p.e. VDE 0100 y 0141 permiten:


No podrán utilizarse como línea principal de tierra las tuberías de agua, gas, calefacción, desagües, conductos de evacuación de humos o basuras, ni las cubiertas metálicas de los cables, tanto de la instalación eléctrica, como de otros servicios similares. No obstante, dichos elementos, en general, deberán conectarse a la línea principal de tierra o al borne de tierra, directamente o a través de sus derivaciones.

No se conectará a la línea la tierra de cubierta de los cables de telecomunicación (teléfonos, radio, informática, etc.) a no ser que se haga por o con el consentimiento de los propietarios u operadores de estos cables.

Las conexiones en los conductores de la línea de tierra serán realizadas mediante dispositivos de tornillos de apriete, u otros equivalentes que garanticen una conexión continua y perfecta.

Si la línea de tierra tiene una longitud superior a 200 m se conectarán a tierra ambos extremos. En otras palabras toda la red externa de tierra se pondrá a tierra en las cercanías del centro de transformación y en tantos puntos como sean necesarios para que ninguna masa quede a más de 200 m de uno de los puntos de puesta a tierra.

Derivaciones de la línea principal de tierra

Son los conductores que enlazan la línea principal de tierra con los conductores de protección que conectan con las masas de los receptores o del edificio. No siempre es necesaria esta subdivisión pues en ocasiones los conductores de protección enlazan directamente con la línea de tierra.

En general se dispone de una o más derivaciones por planta o por división del edifico.

Las derivaciones pueden establecerse en las mismas canalizaciones de las líneas repartidoras y derivaciones individuales. Su recorrido será el más corto posible y sin cambios bruscos de dirección.

Como derivaciones podrán ser utilizados, según UNE 20460 / IEC 364:

·         Conductores de cables multiconductores.
·         Conductores aislados o desnudos que posean una envoltura común con conductores activos.
·         Conductores separados, aislados o desnudos.
·     Otros elementos conductores (p.e. las envolturas, pantallas o armaduras de ciertos cables, y ciertos conductos y argollas metálicas) que reúnan las condiciones eléctricas exigidas.

Las condiciones eléctricas exigidas son:

·        La continuidad eléctrica debe asegurarse ante las previsibles agresiones mecánicas, químicas, y/o electroquímicas, ya sea por construcción, ya sea por medio de conexiones apropiadas.
·         Sólo podrán ser desmontadas si se han previsto medidas compensatorias.
·         Que hayan sido estudiados y adaptados para el uso como derivaciones.
·       La conductancia debe ser, como mínimo, igual o equivalente a la que resulta de la siguiente tabla, en función de los conductores de fase de la instalación eléctrica de potencia:



No se usarán como derivaciones de la línea de tierra las conducciones metálicas de: gas, calefacción, desagües, conductos de evacuación de humos o basuras, ni las cubiertas metálicas de los cables de potencia o de otros servicios. No obstante, los citados elementos, en general deberán conectarse a tierra.

No se conectarán a estas derivaciones los cables de telecomunicación (teléfono, radio, informática, etc.) a no ser que se haga por o con el consentimiento de los propietarios u operadores de los mismos.

Nota; El REBT, en su ITC REBT 26.3.4, prohíbe usar, como conductor de derivación las conducciones metálicas de agua y las cubiertas metálicas de los cables de la instalación eléctrica de potencia. En cambio, la norma UNE 20460-5-543.2.1 / IEC 364-5-543.2.1 autoriza su utilización mientras reúnan las condiciones señaladas primero y sea de acuerdo con la autoridad competente.

Ninguno de estos elementos conductores debe ser utilizado como conductor PEN.

Conductores de protección

Siguiendo el REBT, ITC REBT 18.3.4, entendemos aquí como conductores de protección, aquellos conductores que unen las masas de los receptores con la línea principal de tierra, generalmente a través de las derivaciones de la misma.

La expresión conductor de protección se emplea con distintos significados, lo que puede dar lugar a algunas confusiones:

·       El REBT, en su instrucción ITC REBT 18 le atribuye el significado de solo una parte de toda la red no enterrada de tierra, es decir, la parte que une la masa de un receptor con una de las derivaciones de la línea principal de tierra.

·       En cambio, la norma UNE 20460-5-54/IEC 364-5-54, consideran como conductor de protección toda la línea que une las masas de los distintos receptores con el borne principal de tierra, es decir, incluyen también lo que hemos denominado línea principal de tierra y sus derivaciones.

·     No obstante, es de notar que la misma ITC REBT 18, en su punto 3.4 ya indica que en otros casos reciben igualmente el nombre de conductores de protección aquellos conductores que unen las masas:

o   Al neutro de la red.
o   A un relé de protección.

Los conductores de protección serán de cobre y presentarán el mismo aislamiento que los conductores activos. Se instalarán por la misma canalización que éstos, y su sección, también en función de los conductores activos, no será inferior a:



 Conductores de unión equipotencial

La unión equipotencial consiste en unir entre sí todas las masas y elementos conductores de una instalación que sean accesibles simultáneamente, para evitar que, en cualquier momento puedan aparecer entre ellas tensiones peligrosas, o sea superiores a 24 V.

Por lo regular, la unión equipotencial comporta también la unión a tierra. De no ser así, hay la posibilidad de que, ante un defecto a masa, la unión adquiera un potencial peligroso respecto a tierra y que este potencial se transmita, a través de los elementos conductores, a puntos muy separados del punto donde se haya producido el defecto a masa, incluso lugares donde no exista instalación eléctrica.

En consecuencia la adopción de esta medida de protección requiere, en cada caso, un análisis previo, y posiblemente el empleo de medidas complementarias.

El REBT trata de las uniones equipotenciales en sus ITC REBT 18, 24 y 38.

En cuanto a su sección, la norma UNE 20460-5-547/IEC 364-5-547 específica:

·         Conductor principal de equipotencialidad:

Sección no inferior a la mitad del mayor conductor de protección de la instalación, con un mínimo de 6 mm2 o equivalente si es de otro conductor no de cobre.

·        Conductor de equipotencialidad suplementaria:

o   Si une dos masas, su sección no será inferior a la más pequeña de la de los conductores de protección de dichas masas.
o   Si une una masa a un elemento conductor, su sección no será inferior a la mitad de la del conductor de protección de la masa, con un mínimo de:
                               2,5 mm2 si dispone de protección mecánica.
                               4 mm2 si no dispone de protección mecánica.
·  Puede servir de unión equipotencial secundaria la unión de elementos conductores no desmontables tales como los armazones metálicos, complementados con conductores, si es necesario.




Continua en: Componentes de los sistemas de puesta a tierra en edificios (y Parte 3ª)
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