Selección e instalación de un sistema de puesta a tierra

Un sistema de puesta a tierra es el conjunto de conductores, conectores, electrodos y elementos auxiliares interconectados con la finalidad de ofrecer una ruta segura y de baja impedancia hacia el suelo para las corrientes de falla, sobretensiones atmosféricas o descargas estáticas. 

Su implementación protege la integridad física de las personas, estabiliza los voltajes de fase con respecto a tierra durante transitorios y resguarda la infraestructura eléctrica de daños catastróficos.

Tipos de electrodos para un sistema de puesta a tierra

La selección del electrodo depende de las características geológicas del sitio, la disponibilidad de espacio y el valor de resistencia objetivo. Los electrodos de puesta a tierra capturan o dispersan las corrientes hacia el terreno circundante.

Varillas de acero recubiertas de cobre 

La varilla de puesta a tierra tipo Copperweld es la solución más extendida en instalaciones industriales, comerciales y residenciales. Se compone de un núcleo de acero de alta resistencia mecánica recubierto electrolíticamente con una capa de cobre que previene la oxidación acelerada.

• Longitudes estándar: 1.5 mts y 3 mts.

• Diámetros habituales: 5/8" y 1/2".

• Ventajas: Facilidad de hincado en suelos blandos o semiduros y excelente conductividad.

• Vida útil: Alta resistencia a la corrosión siempre que el recubrimiento de cobre no sufra rayaduras profundas durante la hincada.

Electrodos químicos o de grafito

Un electrodo químico consta de un tubo perforado de cobre o acero inoxidable relleno de sales naturales que liberan iones hacia el suelo colindante cuando absorben la humedad del ambiente. Por su parte, los electrodos de grafito son sólidos e inertes.

Placas y mallas de puesta a tierra

En subestaciones eléctricas, centros de datos o estructuras con espacio vertical reducido (presencia de manto rocoso somero), las placas y mallas representan la mejor opción geométrica.

• Mallas de tierra. Red de cables desnudos enterrados de manera horizontal formando una retícula. Reducen las tensiones de paso y de contacto en instalaciones de media y alta tensión.

• Placas de cobre. Planchas metálicas colocadas horizontalmente a profundidad. Proporcionan un área de contacto amplia en capas superficiales del suelo.

Factores clave para evaluar el terreno antes de la instalación

Antes de realizar la instalación de sistema de puesta a tierra, es indispensable realizar un estudio de campo para caracterizar el suelo. Omitir este análisis conduce a diseños deficientes o sobrecostos innecesarios.

Evaluación de la resistividad del suelo

La resistividad del suelo (expresada en Ohm-metro, 𝛺 ∙ m) mide la capacidad del terreno para oponerse al paso de la corriente eléctrica. Este parámetro no es uniforme y varía según la composición geológica y la estratigrafía del sitio.

• Método de cuatro picas de Wenner. Es la técnica normalizada para medir la resistividad a diferentes profundidades sin realizar excavaciones.

• Factores influyentes. La presencia de arcillas y limos reduce la resistividad, mientras que las gravas, granitos y arenas secas incrementan los valores.

Niveles de humedad y corrosión química

El contenido de agua y la concentración de sales disueltas determinan la conducción iónica del terreno:

• Humedad. Un nivel de humedad entre 15% y 20% optimiza la conducción. Suelos por debajo del 10% muestran incrementos exponenciales en su resistencia.

• Corrosión química. La presencia de sulfatos, cloruros o valores de pH inferiores a 5.5 aceleran el deterioro del metal. En estos entornos se deben seleccionar aleaciones especiales o sistemas de protección catódica.

Paso a paso para la instalación de un sistema de puesta a tierra

El procedimiento técnico de montaje requiere precisión en cada etapa para garantizar la durabilidad del sistema y la estabilidad de las lecturas a lo largo del tiempo.

Paso 1: Excavación del foso o trinchera de inspección

Realiza una excavación manual o mecánica con un diámetro mínimo de 30 cm y una profundidad aproximada a la longitud de la varilla a enterrar. Limpia el foso eliminando rocas filosas, escombros y materia orgánica que obstaculicen el contacto directo con la tierra.

Paso 2: Hincado del electrodo y distancia de separación

Introduce la varilla copperweld de manera vertical. Utilice una maza de hincado o rotomartillo provisto de copa adaptadora para evitar deformar la cabeza de la varilla. Si instala múltiples electrodos, mantenga una distancia de separación equivalente a por lo menos el doble de la longitud de cada varilla.

Paso 3: Aplicación de intensificadores de terreno

Rellena el espacio anular alrededor de la varilla utilizando un compuesto acondicionador de suelo de baja resistividad (bentonita sódica o compuesto a base de carbono). Mezcla el compuesto con agua hasta formar una pasta homogénea que compacte adecuadamente sin dejar bolsas de aire.

Paso 4: Interconexión con conductor desnudo y soldadura exotérmica

Conecte el cable de cobre desnudo al electrodo principal. Se recomienda emplear soldadura exotérmica (reacción termoquímica de cobre/aluminio) sobre los conectores mecánicos de opresor, ya que la soldadura evita la corrosión galvánica, soporta corrientes de falla elevadas y no se afloja con el tiempo.

Paso 5: Colocación del registro de visita

Instale un registro de inspección de concreto o polímero de alta resistencia en la parte superior del electrodo. El registro permite realizar mediciones periódicas, inspeccionar el estado de las conexiones y aplicar tratamientos de mantenimiento sin necesidad de excavar de nuevo.

Normas de instalación: requerimientos mínimos obligatorios

Las instalaciones eléctricas deben alinearse de manera rigurosa con los marcos normativos vigentes para garantizar la seguridad operativa y aprobar las inspecciones oficiales:

NOM-001-SEDE. Esta norma dentro de su Artículo 250 establece la obligación de mantener valores de resistencia adecuados, el calibre mínimo de los conductores de puesta a tierra de protección y los métodos autorizados de interconexión equipotencial.

IEEE Std 142 (Green Book). Práctica recomendada para la puesta a tierra de sistemas eléctricos industriales y comerciales. Proporciona criterios de cálculo para mallas de tierra, diseño de electrodos y control de tensiones de paso y contacto.

• Puenteo de continuidad: Es obligatorio puentear con conductores normados las medidores de agua, juntas de dilatación y componentes metálicos de la estructura.

• Identificación: El conductor neutro debe mantenerse aislado de la tierra en todos los subpaneles, unificándose solo en el medio principal de desconexión (Acometida).

Verificación y medición posterior a la instalación

Una vez concluida la obra física, es imprescindible validar que el sistema cumpla con las especificaciones de diseño técnico mediante mediciones normadas.

Prueba de resistencia con telurómetro

Para determinar el valor real de resistencia de la tierra se utiliza un telurómetro calibrado mediante el método de la caída de potencial (método del 62%):

1. Desconecte el electrodo del sistema eléctrico principal abriendo el puente de prueba en el registro de inspección.

2. Clave la pica de corriente (C₂) a una distancia de 10 X D del electrodo bajo prueba (donde D es la profundidad del electrodo).

3. Coloque la pica de potencial (P₂) al 62% de la distancia total entre el electrodo y la pica de corriente.

4. Efectúe la lectura en el telurómetro inyectando una señal de corriente alterna a frecuencia distinta de la red eléctrica para evitar interferencias.

H3: Criterios de aceptación y acciones correctivas

Los valores máximos permisibles varían en función del tipo de aplicación:

• Instalaciones residenciales y comerciales generales: ≤25𝛺.

• Subestaciones industriales y edificios corporativos: ≤5𝛺.

• Sistemas de telecomunicaciones, cómputo y quirófanos: ≤1𝛺 a 3𝛺.

Acciones correctivas ante lecturas elevadas:

• Agregar electrodos adicionales conectados en paralelo fuera de la esfera de influencia de los existentes.

• Aumentar la profundidad de enterrado mediante acoplamiento de varillas.

• Sustituir la tierra del foso por un compuesto intensificador de suelo de mayor conductividad.

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