Toma de tierra

Electrodo o pica de tierra (izquierda) de una vivienda. El cable verde y amarillo es el conductor de tierra.

Esquema de puesta a tierra de una vivienda.

El hilo de tierra, también denominado toma de conexión a tierra, puesta a tierra, pozo a tierra, polo a tierra, conexión a tierra, conexión de puesta a tierra o simplemente tierra, se emplea en las instalaciones eléctricas para evitar el paso de corriente al usuario por un fallo del aislamiento de los conductores activos.

La puesta a tierra es una unión de todos los elementos metálicos que, mediante cables de sección suficiente entre las partes de una instalación y un conjunto de electrodos, permite la desviación de corrientes de falta o de las descargas de tipo atmosférico, y consigue que no se pueda dar una diferencia de potencial peligrosa en los edificios, instalaciones y superficie próxima al terreno.

Historia

En los sistemas de telégrafos de principios del siglo XIX se usaban dos o más cables para llevar la señal y el retorno de las corrientes. Por aquel entonces se descubrió (probablemente el científico alemán Carl August Steinheil) que la tierra podría ser usada como un camino de retorno para completar un circuito cerrado, de esta forma el cable de retorno era innecesario.

Sin embargo, había problemas con este sistema, ejemplificado por la línea de telégrafo transcontinental construida en 1861 por la Western Union Company entre St. Joseph (Misuri) y Sacramento (California). Con clima seco, la conexión de tierra a menudo desarrollaba una alta resistencia, esto requería que vertiera agua sobre las barras que hacían de conexión para que el sistema funcionara.

Más adelante, cuando la telefonía comenzó a sustituir a la telegrafía, se encontró que las corrientes que inducían en la tierra otros aparatos, los ferrocarriles y los relámpagos causaban una interferencia inaceptable, por lo que el sistema de dos hilos fue reintroducido.

Toma a tierra

Esquemas de conexión de puesta a tierra.

La toma a tierra es un sistema de protección al usuario de los aparatos conectados a la red eléctrica. Consiste en una pieza metálica, conocida como pica o electrodo o jabalina, enterrada en suelo con poca resistencia y si es posible conectada también a las partes metálicas de la estructura de un edificio. Se conecta y distribuye por la instalación por medio de un cable de aislante de color verde y amarillo, que debe acompañar en todas sus derivaciones a los cables de tensión eléctrica, y debe llegar a través de los enchufes a cualquier aparato que disponga de partes metálicas que no estén suficientemente separadas de los elementos conductores de su interior.

Cualquier contacto directo o por humedades, en el interior del aparato eléctrico, que alcance sus partes metálicas con conexión a la toma a tierra encontrará por ella un camino de poca resistencia, evitando pasar al suelo a través del cuerpo del usuario que accidentalmente pueda tocar el aparato.

La protección total se consigue con el interruptor diferencial, que provoca la apertura de las conexiones eléctricas cuando detecta que hay una derivación hacia la tierra eléctrica en el interior de la instalación eléctrica que controla. Debe evitarse siempre enchufar un aparato dotado de clavija de enchufe con toma de tierra en un enchufe que no disponga de ella.

Líneas de alta tensión

Bornes de puesta a tierra.

En las líneas de alta tensión de la red de transporte de energía eléctrica el hilo de tierra se coloca en la parte superior de las torres de apoyo de los conductores y conectado eléctricamente a la estructura de éstas, que, a su vez, están dotadas de una toma de tierra como la descrita anteriormente. En este caso el hilo de tierra cubre una doble función: por una parte protege a las personas de una derivación accidental de los conductores de alta tensión, y por otra, al encontrarse más alto que los citados conductores, actúan como pararrayos, protegiendo al conjunto de las descargas atmosféricas, que de esta forma son derivadas a tierra causando el mínimo daño posible a las instalaciones eléctricas.

Conceptos de tierra y masa

Línea de enlace con tierra, bajo cimentación de la vivienda.

Los conceptos de tierra y masa son usados en los campos de la electricidad y electrónica.

Tierra

El término "tierra", como su nombre indica, se refiere al potencial de la superficie de la Tierra.

El símbolo de la tierra en el diagrama de un circuito es:

Para hacer la conexión de este potencial de tierra a un circuito eléctrico se usa un electrodo de tierra, que puede ser algo tan simple como una barra metálica (usualmente de cobre) anclada el suelo, a veces humedecida para una mejor conducción.

Es un concepto vinculado a la seguridad de las personas, porque éstas se hallan a su mismo potencial por estar pisando el suelo. Si cualquier aparato está a ese mismo potencial no habrá diferencia entre el aparato y la persona, por lo que no habrá descarga eléctrica peligrosa.

Por último hay que decir que el potencial de la tierra no siempre se puede considerar constante, especialmente en el caso de caída de rayos. Por ejemplo si cae un rayo, a una distancia de 1 kilómetro del lugar en que cae, la diferencia de potencial entre dos puntos separados por 10 metros será de más de 150 V en ese instante.

Puesta a tierra de un apoyo eléctrico.

Masa

La definición clásica de masa (en inglés de Estados Unidos ground de donde viene la abreviación GND, earth en inglés de Reino Unido) es un punto que servirá como referencia de tensiones en un circuito (0 voltios). El problema de la anterior definición es que, en la práctica, esta tensión varía de un punto a otro, es decir, debido a la resistencia de los cables y a la corriente que pasa por ellos, habrá una diferencia de tensión entre un punto y otro cualquiera de un mismo cable.

Una definición más útil es que masa es la referencia de un conductor que es usado como retorno común de las corrientes.

El símbolo de la masa en el diagrama de un circuito es el siguiente (también es aceptable sin el rayado):

En la mayoría de las aplicaciones la masa del equipo o sea el chasis, el soporte de los circuitos así como el valor 0 voltios deben, en principio, ir conectados a tierra. Por lo que muchas veces cuando se dice conexión a masa también significa conexión a tierra. En otras pocas ocasiones la masa y la tierra en un circuito no tienen porque tener la misma tensión. Incluso la forma de onda de la masa respecto a la tierra puede ser variable, como ocurre en un convertidor Buck.

Elementos que forman una puesta a tierra

A los elementos que forman el conjunto de una puesta a tierra los podemos clasificar de la siguiente forma:

• Tierra: Necesitamos un terreno que será capaz de disipar las energías que pueda recibir.
• Toma de tierra: Esta es la instalación de conexión a tierra, consta de las siguientes partes:
  • Electrodos o picas (también llamados jabalinas): Partes metálicas enterradas.
  • Línea de enlace con tierra: Conductor conectado a los electrodos.
  • Bornes de puesta a tierra: conexión entre la línea de enlace y los distintos conductores de protección.
  • Conductores de protección: unen los distintos puntos de la instalación con la línea de enlace.

Tipos de tierras

El sistema a tierra se divide en tres, diferenciándolos de la siguiente manera.

Sistema a tierra de corriente alterna

Es el más común, y que la podemos encontrar en edificios, hogares, producida por la diferencia de voltaje o corriente que tienen los circuitos eléctricos que trabajan con este voltaje alterno.

Ejemplos

• Duchas eléctricas.
• Refrigeradores.
• Transformadores.

Sistema a tierra de corriente directa

Esta la encontramos en toda la infinidad de equipos electrónicos que existen, y de igual forma se produce por la decencia de voltajes o corrientes en estos circuitos.

Ejemplo

• Tarjetas electrónicas, que existen en computadores, videojuegos, PLC (Controladores Lógicos Programables), sistemas HMI (Interfaz Humano Máquina).

Sistema a tierra electrostáticas

Este tipo de tierra es muy peculiar debido a que lo encontramos específicamente en tanques de almacenamiento, transporte o tratamiento, se produce por la interacción del fluido (cargas eléctricas + ó -) y con su contenedor (cargas eléctricas + ó -) por lo general carga (-)

Ejemplo

• Tanques para almacenar o tratar crudo, combustibles, gases, sustancias químicas.

El propósito de separar estos tres tipos, es para reducir al mínimo los daños, tanto físicos como materiales, y con ello las pérdidas económicas, esta independización de las tierras, se aplican más en el sector industrial, en los tableros de control que monitorean, supervisan los distintos procesos que involucran mantener operativa una industria.

Véase también

• Bucle de masa
• Corriente trifásica
• Electromagnetismo
• Esquema de Conexión a Tierra
• Jaula de Faraday
• Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (España) (REBT)

Bibliografía

• Real Decreto 614/2001, (2002),^[1] Reglamento electrotécnico para baja tensión, (REBIT), Editorial Paraninfo, Madrid, España. ISBN 978-84-283-2945-3

Referencias

Enlaces externos

• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Toma de tierra. Commons
• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Toma de tierra artificial. Commons

• Evaluación del uso de postes de acero que soportan las líneas de distribución como sistema de puesta a tierra (artículo)
• Reglamento Electrotécnico Baja Tensión (España 2002)
• El telégrafo electromagnético (en inglés).