Dimensiones
de la red externa de tierra
Generalidades
Al tratar de las partes que componen la
instalación de tierra, siguiendo el REBT hemos distinguido entre: línea
principal de tierra, sus derivaciones y los conductores de protección. En lo
que sigue, englobamos los tres conceptos en la única expresión de
"conductor de protección".
El dimensionado de la red o conductor de
protección puede hacerse por los métodos siguientes:
·
En función
de la instalación de energía.
·
En función
de la corriente de defecto prevista.
Por consideraciones mecánicas, la sección mínima
permitida para instalación fija es:
Dimensionado
en función de la instalación de energía
Este método es el que se ha indicado ya al tratar
particularmente de:
·
La línea
principal de tierra.
·
Sus
derivaciones.
·
Los
conductores de protección.
Consiste básicamente en aplicar la siguiente
tabla, válida para conductores de cobre.
En el caso de materiales distintos del cobre, las
secciones se determinarán de forma que presenten una conductancia equivalente.
Este método, reconocido por el REBT y por la
norma UNE 20460/IEC 364 es simple y suele ser suficiente, de manera que, en
general no requiere otras verificaciones.
Dimensionado
en función de la corriente de defecto
La norma UNE 20460-5-54 / IEC 364-5-54 propone
también el siguiente método, en el que se supone que las protecciones
(fusibles, automático, interruptor diferencial, etc.) actúan con un tiempo de
corte no superior a 5 segundos.
La fórmula a aplicar es:
en la que son:
S:
Sección del conductor de protección (aquí, conductor de la red externa de
tierra) en mm2.
Id:
Valor eficaz previsto de la corriente de defecto, en Amper.
t: Tiempo de corte, en segundos.
k: Factor que depende de la temperatura
momentánea que permite el conductor y los materiales próximos.
Para el cálculo de la intensidad I en un circuito con doble defecto a tierra entre puntos de defecto cercanos. Así
se considera la impedancia 
de cada conductor de fase y se desprecia la
impedancia de defecto conocidas la tensión compuesta Un de la red (en V) y la
impedancia Z de cada conductor de fase (en Ohm), la corriente de defecto Id, en
Amper, vale:
de cada conductor de fase y se desprecia la
impedancia de defecto conocidas la tensión compuesta Un de la red (en V) y la
impedancia Z de cada conductor de fase (en Ohm), la corriente de defecto Id, en
Amper, vale:
Nota. El factor 1,1 se aplica como factor de
seguridad para tener en cuenta aspectos adicionales, como p.e, asimetrías u
otros imprevistos. Puede reducirse si otras consideraciones lo permitan, como
p.e. el poder limitador del dispositivo de protección.
También podríamos estimar el valor de Id a partir
de la intensidad nominal In del transformador que alimenta la instalación y de
su tensión de cortocircuito Ucc en %. Entonces el valor de Id se determina por
la fórmula:
El factor k viene determinado por la fórmula:
siendo:
Qc =
Capacidad térmica volúmica del material conductor, en J/ºC mm3.
B =
Inversa del coeficiente de temperatura de la resistividad del conductor a 0ºC,
en ºC.
ρ20
= Resistividad eléctrica del material del conductor a 20ºC, en Ω ·mm.
ϑi = Temperatura inicial del conductor, en ºC.
ϑF = Temperatura final permisible del conductor,
en ºC.
A continuación se indica el valor del factor k en
diferentes casos de aplicación:
Conductores de protección
·
Aislados, no
incorporados a los cables de potencia.
·
Desnudos,
pero en contacto con el revestimiento de los cables.
Conductores de protección que forman parte de un
cable multiconductor
Conductores desnudos sin riesgo de dañar
materiales próximos con las temperaturas indicadas
Ejemplo: Si suponemos un doble defecto cuya
intensidad previsible es 1700 A y tarda 2 segundos en despejarse, aplicando los
3 gráficos precedentes, la sección del conductor de protección, como mínimo,
debe ser:
·
16 mm2 si el
conductor es un cable de cobre.
·
25 mm2 si el
conductor es un cable de aluminio.
·
50 mm2 si el
conductor es un cable de acero.
Identificación
del conductor de protección
Conceptos
previos
A menudo se habla de:
Conductor neutro
Conductor neutro o conductor N
En un sistema polifásico conectado en estrella. Es
un conductor unido directamente al centro de la estrella.
Suele estar conectado también a tierra, pero no
necesariamente.
La conexión a tierra puede hacerse por razones
funcionales, por razones de protección o por ambas razones.
Conductor de tierra
Conductor de tierra o conductor E
Conductor conectado directamente a tierra con el
fin de obtener un potencial tan próximo al de tierra como sea posible. Para
ello la conexión a tierra suele repetirse a intervalos regulares.
Conductor de protección
·
Conductor de
protección o conductor P
Conductor
al que se conectan las masas de los receptores, para evitar que, en caso de defecto de aislamiento, dichas
masas adquieran una tensión peligrosa. Para ello, en las instalaciones de las viviendas, el conductor
P se conecta a tierra.
·
Conductor PE
Conductor
de protección conectado a tierra, o conductor que cumple simultáneamente las funciones P
y E.
·
Conductor
PEN
Conductor
que cubre simultáneamente las funciones PE y N.
Conductor de equipotencialidad
Conductor que une las masas de los elementos
eléctricos con otros elementos conductores del edificio simultáneamente
accesibles. Puede ser el mismo conductor PE o un conductor suplementario. En
este último caso puede afectar a toda la instalación, una parte de ésta, un
aparato, o un emplazamiento.
No siempre está clara la diferencia de estos
conceptos.
Identificación
Tanto el REBT como las normas UNE/IEC indican que
los conductores neutro y de protección deben ser claramente diferenciados de
los demás conductores. En algunos casos la identificación puede deducirse
suficientemente por el tipo de conductor, por sus dimensiones, o por su
trazado, no obstante, en general, la identificación se hará mediante etiquetas,
señales, símbolos, o colores, permanentes.
En la identificación el concepto de protección es
prioritario al funcional:
En cuanto a los esquemas
Siguiendo las definiciones anteriores, tenemos:
En cuanto a los símbolos
Aplicables generalmente a esquemas y a bornes, la
norma DIN 40712 da los siguientes símbolos:
En cuanto a los colores
En cuanto a los colores aplicables a los
conductores, el REBT en su ITC BT 26.6.2 establece:
·
Para las
fases (1, 2, 3): Marrón, negro, gris.
·
Para
conductor neutro funcional (N): Azul claro.
·
Para
conductor de protección (PE o PEN): Bicolor verde-amarillo.
Si el conductor de protección es aislado, el
bicolor verde-amarillo formará parte integrante del aislamiento, de forma que
no pueda perderse. Estará repartido por zonas reducidas alternadas. Las zonas
de un mismo color representarán la mitad de la superficie aislante ± 10%.
Si el conductor de protección es desnudo debe identificarse
en sus extremos y puntos de derivación intermedio. Si para ello se usa al
bicolor verde-amarillo se cuidará su permanencia, p.e. empleando pintura o
manguitos de color. Se evitará el uso de simples tiras de cinta adhesiva por
cuanto pueden desprenderse fácilmente, p.e. al envejecer.
Masas
En definiciones se especifica una MASA como una
parte conductora, accesible, que no es una parte activa, pero que puede
adquirir tensión en caso de defecto.
El defecto puede ser de distinta naturaleza, p.e.
fallo de aislamiento, interposición de una parte conductora, caída o
desprendimiento, de una parte activa, rotura, conductor errático, descarga,
etc.
Las masas son pues, en primer lugar, las
envolventes conductoras de los aparatos o equipos eléctricos o de las máquinas
o dispositivos que comportan equipo eléctrico. Así son masas, p.e.
·
Las cajas,
armarios o armazones, metálicos, que contienen aparamenta o equipo eléctrico.
·
Los soportes
metálicos de canalizaciones eléctricas.
·
La carcasa
metálica y el eje de un motor eléctrico.
·
El armazón
de una máquina que contiene equipo eléctrico.
·
El armazón
de una lámpara.
·
La
envolvente o radiador de un calefactor.
·
La
envolvente de chapa de un electrodoméstico (lavarropa, lavavajilla, secador,
etc.).
·
Etc.
De acuerdo con la definición expuesta pueden
considerarse también como masas los elementos que hemos designado como
elementos conductores del edificio, tales como:
·
El armazón
metálico del edificio (vigas, columnas).
·
Hierros
principales si el armazón es de hormigón armado.
·
Tejados y
cubiertas metálicas.
·
Conducciones
de agua, gas, chimeneas.
·
Desagües,
conductos de evacuación de basuras.
·
Barandas,
rejas, escaleras.
·
Estructura,
guías y cables del ascensor.
·
Antenas,
radio y tv.
·
Cubierta
metálica protectora de cables de potencia, de teléfonos, de otros servicios.
·
Etc.
Elementos a conectar a tierra
Elementos a conectar a tierra
El REBT en su MIE BT 26.3.2. establece lo
siguiente:
A la
toma de tierra establecida se conectará toda masa metálica importante,
existente en la zona de la instalación, y las masas metálicas accesibles de los
aparatos receptores, cuando su clase de aislamiento o condiciones de instalación
así lo exijan.
A
esta misma toma de tierra deberán conectarse las partes metálicas de los
depósitos de gasóleo, de las instalaciones de calefacción general, de las
instalaciones de agua, de las instalaciones de gas canalizado y de las antenas
de radio y televisión.
No obstante, la norma UNE 20460-4-41 indica que,
la conexión a tierra no se efectuará en cables de telecomunicación, a no ser
que se haga por o con el consentimiento de los propietarios u operadores de
estos cables.
Prohibición
de interrumpir el circuito de protección
Asegurar
la conservación y continuidad eléctrica
del circuito
Con el fin de garantizar en todo momento la
eficacia del circuito de protección, debe asegurarse lo más posible la
conservación y continuidad eléctrica del mismo.
· Los
conductores de protección deben estar convenientemente protegidos contra
deterioros mecánicos, químicos, y electroquímicos.
· Las
conexiones deben ser seguras y permanentes, y ser accesibles para verificación
y mantenimiento. No obstante, las uniones que puedan desmontarse mediante un
útil, podrán ser utilizadas para efectuar ensayos o mediciones momentáneas.
· Ningún
dispositivo de corte (puente, seccionador, fusible, interruptor…) ni otro tipo
de aparato (aparato de medida, arrollamiento de un relé o dispositivo de
control, etc.) se intercalará en los conductores del circuito de protección. Se
exceptúa el preceptivo dispositivo para la medición de la resistencia de
tierra.
·
Las masas a
unir al circuito de protección no deben conectarse en serie, sino en paralelo.
Algunos
ejemplos
Receptores vecinos
Si por intervención en el receptor 1 se
desconectan a, b, c o e, queda sin protección el receptor 2. No ocurre así si
se desconectan f o g.
Cajas o armarios receptores
Caja o armario alimentado mediante cables de 4
hilos.
Supongamos se olvida establecer el puente entre N
y PE:
·
En el caso
a) perdemos el neutro pero mantenemos la protección.
·
En el caso
b) perdemos la protección.
a)
El puente N-PE no está intercalado en el circuito de protección PE, sino que se
deriva de él.
b)
El puente N-PE está intercalado en serie en el circuito de protección PE.
Armario de distribución
1: Alimentación o entrada 230/400 V; cable de 4
conductores.
2: Salida a motor 400 V; cable de 4 conductores.
3: Salida a alumbrado 230 V; cable de 3
conductores.
-.-.- Conductor de protección verde-amarillo.
a: Conductor neutro, azul claro.
b: Puente entre PE y N.
Derivaciones
Cada derivación debe tener su propio borne. El
uso de un borne común C presenta el riesgo que al desembornar uno de los
cables, se interrumpa también la protección del otro.
Partes móviles
Las partes móviles que contienen equipo
eléctrico, dispondrán de conductor de protección que siga el recorrido interior
de la manguera o canalización de alimentación de cada parte móvil.
La manguera o canalización, si es metálica o
tiene una cubierta metálica, se conectará al conductor de protección, pero no
debe usarse como conductor de protección.
Receptores
portátiles o movibles
Un caso particular lo constituyen los receptores
portátiles, o movibles, como son p.e. la mayoría de los electrodomésticos,
máquinas de oficina, etc.
Estos aparatos se alimentan a través de cables
flexibles provistos de tomas de corriente enchufables en uno de sus extremos o
en ambos extremos.
Cuando el aparato receptor, por sus
características, requiere ser conectado, a un conductor de protección, tal
conexión se efectúa a través de la propia toma de corriente, que debe ser
adecuada para ello.
Aquí estamos ante un caso en que, al desenchufar
la toma de corriente, se interrumpe forzosamente el circuito de protección.
Para poder permitir esta excepción y que la
interrupción no comporte ningún peligro, las normas relativas a las tomas de
corriente exigen que:
· Al enchufar,
se establezca primero el contacto de protección, y sólo después de un margen de
seguridad, entre los contactos funcionales.
· Al
desenchufar, el contacto de protección no abra hasta después de haber abierto
el último de los contactos funcionales, dejando entremedio el margen de
seguridad.
Así, en ningún momento tendremos tensión en el
aparato en ausencia de protección, ni podremos tener falta de protección en
presencia de tensión.
El margen o recorrido de seguridad es, como
mínimo, de 2 mm en tomas de corriente bipolares domésticas ( > 250 V) y
superior en tomas tripolares e industriales.
Representación esquemática de dos tomas de
corriente
Toma de corriente doméstica
Toma de corriente industrial
Observaciones:
· De los
conductores del cable, el conductor PE sigue un recorrido más sinuoso que los
demás. Ello da al conductor de protección una mayor seguridad frente a tensiones
mecánicas. Si p.e. a causa de un tirón se arranca el cable, el conductor PE
será el último en soltarse.
· Al enchufar,
en el momento en que las piezas de contacto c-d del circuito de protección
entran en contacto, todavía falta un margen m de recorrido antes no entren en
contacto las piezas a-b del circuito funcional.
· A la
inversa, al desenchufar, en el momento en que dejan de tocarse a con b, todavía
siguen en contacto c con d, durante el recorrido m.
· Para
garantizar la protección es importante asegurar, durante toda la vida de la
toma de corriente, el buen contacto entre las piezas c y d. Las normas
relativas a las tomas de corriente consideran usuales valores de vida del orden
de 5000 a 10000 maniobras (enchufado + desenchufado). Con estas maniobras, la
presión de contacto se va reduciendo, en parte, por desgaste del material
debido al rozamiento mecánico, y en parte, por la fatiga del material con la
consiguiente pérdida de elasticidad.
· La
permanencia del buen contacto c-d, en una toma de corriente en estado nuevo, es
indeterminada; es solo un valor supuesto estadísticamente en base a ensayos
previos con aparatos similares. Por otra parte, la experiencia muestra que no
todas las tomas de corriente disponibles en el mercado satisfacen esta
condición que nos ocupa. Por ello, a la hora de adquirir el material es
importante observar que, entre sus marcas, ostente la marca de alguna entidad
de certificación. Si no figura tal marca, lo más prudente será desconfiar de su
calidad.
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