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Conceptos básicos sobre la conexión a tierra

Componentes de un electrodo de conexión a tierra

  • Conductor de tierra
  • Conexión entre el conductor de tierra y el electrodo de conexión a tierra
  • Electrodo de conexión a tierra

Ubicación de las resistencias

  1. El electrodo de conexión a tierra y su conexión
    La resistencia del electrodo de conexión a tierra y de su conexión son, normalmente, muy bajas. Las varillas de toma de tierra suelen estar hechas de un material altamente conductor, de baja resistencia, como el acero o el cobre.
  2. La resistencia de contacto de la tierra que rodea al electrodo
    El National Institute of Standards (una institución gubernamental del Departamento de Comercio de EE.UU.) ha demostrado que esta resistencia es prácticamente insignificante ya que el electrodo de conexión a tierra no tiene pintura, grasa, etc. y el electrodo de conexión a tierra está en firme contacto con la tierra.
  3. La resistencia de la tierra de alrededor
    El electrodo de conexión a tierra está rodeado por tierra que, desde el punto de vista conceptual, está hecha de capas concéntricas, todas ellas del mismo grosor. Las capas más próximas al electrodo de conexión a tierra, tienen la cantidad más pequeña de área y, por lo tanto, el mayor grado de resistencia. Cada capa siguiente incorpora una mayor área y, por tanto, una menor resistencia. Así llegamos finalmente a un punto en el que las capas adicionales ofrecen poca resistencia a la tierra que rodea al electrodo de conexión a tierra.

Así, con base a esta información, deberíamos centrarnos en las maneras de reducir la resistencia de tierra al instalar sistemas de conexión a tierra.

Un solo electrodo de conexión a tierra.
Electrodos de tierra múltiples conectados.
Red mallada.
Placa de conexión a tierra.

¿Qué afecta a la resistencia de tierra?

En primer lugar, el código NEC (1987, 250-83-3), requiere un electrodo de conexión a tierra con una longitud mínima de 2,5 metros, que esté en contacto con el terreno. Sin embargo, existen cuatro variables que afectan a la resistencia de un sistema de conexión a tierra:
  1. Longitud/profundidad del electrodo de conexión a tierra
  2. Diámetro del electrodo de conexión a tierra
  3. Número de electrodos de conexión a tierra
  4. Diseño del sistema de conexión a tierra

Longitud/profundidad del electrodo de conexión a tierra

Una manera muy eficaz de disminuir la resistencia de tierra es enterrar aún más los electrodos de conexión a tierra. El terreno no es homogéneo en cuanto a su resistividad y puede ser sumamente impredecible. Esto es extremadamente importante al instalar el electrodo, que se encuentra por debajo de la profundidad de la helada. Esto se lleva a cabo de forma que la resistencia de tierra no se vea muy influenciada por el hielo del terreno de alrededor.

Por lo general, si se duplica la longitud del electrodo de conexión a tierra, se reduce el nivel de resistencia en un 40% adicional. Hay ocasiones en las que no es físicamente posible enterrar más las varillas de toma de tierra, por ejemplo, en zonas compuestas de roca, granito, etc. En esos casos, existen métodos alternativos, como la conexión a tierra con cemento.

Diámetro del electrodo de conexión a tierra

El hecho de aumentar el diámetro del electrodo de conexión a tierra tiene poca influencia en la disminución de la resistencia. Por ejemplo, al duplicar el diámetro del electrodo de tierra, la resistencia solamente disminuiría en un 10%.

Número de electrodos de conexión a tierra

Otra manera de reducir la resistencia de tierra es emplear varios electrodos de conexión a tierra. En este diseño, se entierran varios electrodos y se conectan en paralelo para disminuir la resistencia. Para que el uso de varios electrodos sea eficaz, la separación entre las varillas adicionales debe ser al menos, igual a la profundidad de la varilla enterrada. Si no se lleva a cabo una separación correcta entre electrodos, sus esferas de influencia se cruzan y la resistencia no se reduce.

Puede utilizar la tabla de resistencias de tierra que aparece más abajo como ayuda para instalar una varilla de toma de tierra que cumpla sus requisitos específicos de resistencia. No olvide que esto sólo se debe emplear como una regla general, dado que el terreno está dividido en capas y rara vez es homogéneo. Los valores de resistencia varían enormemente.

Diseño del sistema de conexión a tierra

Los sistemas de conexión a tierra sencillos consisten en enterrar un solo electrodo de conexión a tierra. El empleo de un solo electrodo es lo más habitual y, se suele encontrar en exteriores de domicilios u oficinas. Los sistemas de conexión a tierra complejos constan de varias varillas de toma de tierra, conectadas mediante redes de malla o de rejillas, placas de conexión a tierra y lazos de tierra. Estos sistemas se suelen instalar en subestaciones de generación de energía, oficinas centrales y estaciones base/torres.

Las redes complejas aumentan radicalmente la cantidad de contacto con la tierra de alrededor y reduce las resistencias de tierra.

Tipo de terreno Resistividad del terreno Resistencia de tierra
Profundidad del electrodo de
conexión a tierra (metros)
Banda de conexión a tierra
(metros)
M 3 6 10 5 10 20
Terreno muy húmedo,
pantanoso
30 10 5 3 12 6 3
Terreno de cultivo,
terreno franco y arcilloso
100 33 17 10 40 20 10
Terreno arenoso y arcilloso 150 50 25 15 60 30 15
Terreno arenoso y húmedo 300 66 33 20 80 40 20
Hormigón 1:5 400 - - - 160 80 40
Grava húmeda 500 160 80 48 200 100 50
Terreno arenoso y seco 1000 330 165 100 400 200 100
Grava seca 1000 330 165 100 400 200 100
Terreno pedregoso 30,000 1000 500 300 1200 600 300
Rocoso 107 - - - - - -
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