La puesta a tierra de una instalación es la unión eléctrica directa, mediante conductores eléctricos sin fusibles ni protección alguna, de una parte del circuito eléctrico y/o de las partes conductoras no perteneciente al mismo, a una toma de tierra constituida por un electrodo o grupos de electrodos enterrados en el suelo. Su objetivo es evitar que aparezcan diferencias de potencial peligrosas en las masas metálicas de la instalación, y permitirá el paso a tierra de las corrientes de fuga de los receptores electrónicos, así como de las altas corrientes de descarga de origen atmosférico.

Con el propósito de asegurar la fiabilidad permanente de los sistemas de puesta a tierra, se han publicado distintos estándares de ingeniería y normas nacionales que definen los correspondientes procedimientos de mantenimiento de las tomas de tierra. Por ejemplo, en España, el REBT 2002, en su ITC-BT-18, especifica que “personal técnicamente competente efectuará la comprobación de la instalación de puesta a tierra, al menos anualmente, en la época en la que el terreno esté más seco. Para ello, se medirá la resistencia de tierra, y se repararán con carácter urgente los defectos que se encuentren”.

Las puestas a tierra de la mayoría de las instalaciones eléctricas cumplen con tres propósitos básicos:

• Limitar la tensión que, con respecto a tierra, puedan presentar en un momento dado las masas metálicas de la instalación (protección frente a contactos indirectos). Para ello, derivan a tierra las correspondientes corrientes de defecto.

• Proveer una ruta segura de circulación a tierra de las eventuales descargas atmosféricas, y de las corrientes de fuga de los receptores electrónicos.

• Ofrecer una tensión nula de referencia para los receptores electrónicos de la propia instalación, así como para las señales de datos que sirven para comunicar los equipos informáticos.

Según el REBT 2002, para la toma de tierra se pueden utilizar electrodos formados por: barras, tubos, pletinas, conductores desnudos, placas, anillos o mallas metálicas constituidos por los elementos anteriores o sus combinaciones; armaduras de hormigón enterradas (con excepción de las armaduras pretensadas) y otras estructuras enterradas que se demuestre que son apropiadas.

El tipo y la profundidad de enterramiento de las tomas de tierra deben ser tales que la posible pérdida de humedad del suelo, la presencia del hielo u otros efectos climáticos, no aumenten la resistencia de la toma de tierra por encima del valor previsto. La profundidad nunca será inferior a 0,50 m. Asimismo, debe preverse sobre los conductores de tierra y en lugar accesible, un dispositivo que permita medir la resistencia de la toma de tierra correspondiente. El equipo puede estar combinado con el borne principal de tierra; debe ser desmontable necesariamente por medio de un útil; debe ser mecánicamente seguro y asegurar la continuidad eléctrica.

Figura 1. Instalación general de puesta a tierra.

Figura 2. Los electrodos de conexión a tierra tienen “áreas de influencia” a su alrededor.

La resistencia de la toma de tierra depende de dos factores: la resistividad del terreno circundante y la estructura del electrodo. La resistividad es una propiedad que poseen todos los materiales y que define su capacidad para conducir la corriente. La determinación de la resistividad del terreno es una tarea complicada por los siguientes factores:

• Depende de la composición del suelo (por ejemplo, arcilla, grava y arena).

• Puede variar incluso en pequeñas distancias debido a la mezcla de diferentes materiales.

• Depende del contenido mineral (por ejemplo, sales).

• Varía con la compresión y puede cambiar con el tiempo debido a la sedimentación.

• Cambia con las temperaturas y, por lo tanto, con la época del año. La resistividad aumenta cuando disminuye la temperatura.

• Puede verse afectada por depósitos de metal enterrados, tuberías, refuerzos de acero para hormigón, etc.

• Varía con la profundidad.

Dado que la resistividad puede disminuir con la profundidad, una forma de reducir la impedancia de la toma de tierra es colocar el electrodo a mayor profundidad. Otros métodos comunes para aumentar la eficacia de un electrodo son el uso de una serie de picas, un anillo conductor o una malla. En el caso de varias picas, para aumentar la eficacia, cada pica debe encontrarse fuera del “área de influencia” de las demás (ver Figura 2). Como regla general, las picas deben respetar una separación superior a su longitud, siendo recomendable que sea de al menos dos veces su longitud. Por ejemplo, las varillas de 2,5 m se deben separar más de 5 m para alcanzar el grado óptimo de eficacia.

Existen, de nuevo, distintas normas que definen diferentes límites aceptables para la impedancia del electrodo. Por ejemplo, en España, la Guía Técnica de Aplicación Guía BT Anexo 4 “Instalaciones interiores en viviendas. Prescripciones generales de instalación” recomienda una resistencia de la toma de tierra inferior a 15 Ohm en edificios con pararrayos, e inferior a 37 Ohm en edificios sin pararrayos. Asimismo, la normativa que aplica a las Infraestructuras Técnicas de Comunicaciones obliga a que el valor de la toma de tierra en estas instalaciones sea inferior a 10 Ohm. En tanto, en EE.UU., la NEC (National Electrical Code) especifica 25 Ohm como límite aceptable para la impedancia de la puesta a tierra. Por terminar de dar referencias, la norma IEEE 142 (“Prácticas recomendadas para la conexión a tierra de sistemas eléctricos industriales y comerciales”) sugiere una resistencia de la toma de tierra entre 1 y 5 Ohm para sistemas comerciales o industriales de gran tamaño.

Existen dos tipos de medidores de impedancia de tierra: (1) medidores de resistencia de tierra de tres y cuatro hilos –también llamados telurómetros-, y (2) pinzas de medida de la impedancia de bucle de tierra. Ambos tipos aplican una tensión al electrodo y miden la corriente resultante. Los medidores de resistencia de tierra a tres o cuatro hilos combinan una fuente de corriente y un medidor de tensión, y requieren el uso de picas o pinzas. Presentan las siguientes características:

• Utilizan corriente alterna para la prueba, pues la tierra no conduce bien la corriente continua.

• Utilizan una frecuencia próxima, pero distinta, a la frecuencia de red (50 Hz) y sus armónicos. De esta forma, se evita que las corrientes fantasmas o procedentes de otras fuentes interfieran con las medidas de impedancia de tierra.

• Los medidores de cuatro hilos disponen de cables de generación y medida independientes para compensar la resistencia eléctrica de los propios cables –método de medida de resistencia a cuatro hilos-. Este método permite eliminar de la medida de la impedancia de tierra el valor de la resistencia óhmica de los cables de prueba, pues, en ocasiones, por tener una elevada longitud, presentan una apreciable resistencia eléctrica.

• Tienen un filtro de entrada diseñado para captar su propia señal y rechazar todas las demás. Las pinzas de medida de bucle de tierra tienen el aspecto de una pinza amperimétrica, pero internamente son muy diferentes ya que cuentan con un transformador de generación y un transformador de medida. El transformador de generación impone una tensión en el lazo que se está ensayando y el transformador de medida mide la corriente resultante. Estas pinzas utilizan un filtrado avanzado para reconocer su propia señal y rechazar todas las demás.