Instalaciones Eléctricas -Master Ingeniería Industrial- UJA-

1. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA
TEMA 14. INSTALACIONES DE PUESTA A TIERRA
1. Definición, objetivo y partes de una instalación de puesta a tierra.
2. Funcionamiento de una instalación de puesta a tierra.
3. Parámetros característicos de una instalación de puesta a tierra.
4. Clasificación de las instalaciones de puesta a tierra según su función.
4.1. Elementos que se conectan a tierra.
4.2. Clasificación.
5. Cálculo de la resistencia de una instalación de puesta a tierra.
5.1. Resistividad del terreno.
5.2. Electrodos de tierra.
6. Relación de instalaciones de puesta a tierra en un sistema MT-BT.
7. Estructura y dimensionado de la instalación de puesta a tierra de masas de BT.
8. Estructura y dimensionado de la instalación de puesta a tierra de masas del CT .
9. Estructura y dimensionado de la instalación de puesta a tierra del neutro del trafo.
10. Separación de las instalaciones de puesta a tierra.
10.1. Instalaciones de puesta a tierra para la masas de AT y BT en un CT.
10.2. Instalaciones de puesta a tierra para la masas de AT y neutro del Trafo.

2. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA
DEFINICIÓN, OBJETIVO Y PARTES DE UNA IPT
• Definición (IPT):
• Objetivo (IPT):
Seguridad de la personas y protección de equipos: limitando diferencias de tensiones
peligrosas en el conjunto de instalaciones, edificios y superficies próximas favoreciendo un
camino de baja impedancia a las corrientes de faltas o descargas de origen atmosférico.
• Partes (IPT):
•
Unión eléctrica directa, sin fusibles ni protección alguna, entre una parte de un circuito
eléctrico o una parte conductora no perteneciente al mismo y un electrodo o grupos de
electrodos enterrados en el terreno.
1. Conductor de protección.
2. Conductor de unión equipotencial principal.
3. Conductor de tierra.
4. Conductor de equipotencialidad suplementaria.
5. Conductor de puesta a tierra funcional (si es
necesario).
B. Borne principal de tierra.
M. Masa.
C. Elemento conductor.
P. Canalización metálica principal (agua, gas
calefacción…).
T. Toma de tierra.
1
5
3
1
1
1
2
4
M
C
P
T
B

3. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA
U=0
Ut
U=Ut
Id
Ut
R S T
M
Ut
FUNCIONAMIENTO DE UNA IPT
R S T
U=0
T
E
M
C
U=0

4. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA
FUNCIONAMIENTO DE UNA IPT
MEDIO
2
X
MEDIA
X
r
L
S
L
ρ
R



R
x
x
R = Re+Rt
U=Rx*Id
x Lx
Rm
Rt
Re

5. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
FUNCIONAMIENTO DE UNA IPT
(30)
(20)
(10)
LX
x
2
I
I
*
R
U d
d
x

 *


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 x (m)
(100)
(80)
(50)
Id
I
Ux (%)
V
V 4 V 3 V 2 V 1 V 0
L (m)
L

6. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA
FUNCIONAMIENTO DE UNA IPT
DISTRIBUCIÓN DE POTENCIALES CREADOS POR UNA PICA VERTICAL
1
1
2 “ 2 m
10 20
2
Profundidad 0 m
1
Zona de influencia X
X Z
Zona de influencia Z
Zona de influencia X
X
Z
Zona de influencia Z
U = 0 V
Z
Distribución
de
potencial
en
el
terreno
(V)
Distancia (m)
DISTRIBUCIÓN DE POTENCIALES CREADOS POR UNA MALLA
Distribución
de
potencial
en
el
terreno
(V)

7. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA
PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE UNA IPT
Id
Vt
Vc1 Vc2
V
x
Tensión a tierra (Vt):
Tensión de contacto (Vc):
• Dos masas;
• Una masa y tierra;
• Una masa y un elemento conductor;
• Un elemento conductor y tierra;
Resistencia de puesta a tierra (Rt):
d
t
t
I
V
R 
A
Id
V
E1
1 m
E2
Vp
VtT
VcT
x
Tensión de paso (Vp)
Tensión transferidas:
• Tierras transferidas (VtT);
• Contacto trasferida (VcT).

8. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA
PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE UNA IPT
Tensión de paso y contacto aplicada (Vpa, Vca)
Tensión de paso y
tensión de paso aplicada
Vpa
Vp
Rc
Ip
Rh/2
Rh/2
Tensión de contacto y
tensión de contacto aplicada
CIRCUITO EQUIVALENTE
Vca
Vc
Rc
Rh = 1000 Ω
Rc= 3ρ
Ic/2 Ic/2
Ic
Vca
Vc
Ic/2
Ic/2
Rc
Rc
Rh
Rc
Rc= 3ρ
Rh = 1000Ω Vpa Vp
Ip
CIRCUITO EQUIVALENTE
c
ca V
1.5
1.000
1.000
V



p
pa V
6
1.000
1.000
V




9. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA
UTt?
CLASIFICACIÓN DE LAS IIPT SEGÚN SU FUNCIÓN
• Elementos que se conectan a tierra:
 Neutros de transfos y generadores:
 Pueden estar aislados de tierra:
 Pueden estar conectados a tierra:
t
UTt=0
URt=URN
USt=USN
UNt=0
N
URN
Id
URt= URN
USt= USN
Id Rt
t
S
N
R
URt
UTt
T
N R
USt
S
t
UTt=0
RN
RT
Rt U
U
U 3


SN
ST
St U
U
U 3


UNt=
UTN
t t
Id
t Rt
N
URN
USN
UTN
URt?
USt
UNt?
RN
RT
Rt U
U
U 3


SN
ST
St U
U
U 3


S
N
R
T=t

10. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA
CLASIFICACIÓN DE LAS IIPT SEGÚN SU FUNCIÓN
• Elementos que se conectan a tierra:
 Masas metálicas:
 Defecto con masa no conectada a tierra:
 Defecto con masa conectada a tierra:
B
A
FN
dmáx
R
R
U
I'


e.g. MASAS DE BT
Uc = URN
RB
R
S
T
N
RB RA
I’d
I’d
U’c
T
S
R
N

11. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA
CLASIFICACIÓN DE LAS IIPT SEGÚN SU FUNCIÓN
• Elementos que se conectan a tierra:
 Elementos de protección: Pararrayos, seccionadores de puesta a tierra...
Conductor
de tierra

12. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA
CLASIFICACIÓN DE LAS IIPT SEGÚN SU FUNCIÓN
• Clasificación:
 Tierras de protección:
Se conectarán las masas metálicas que normalmente no están sometidas a tensión,
pero que sí pueden estarlo en caso de defecto eléctrico.
 Tierras de servicio:
Neutro del transformador de potencia, circuitos de baja tensión de los transfos de
medida, los descargadores de sobretensiones o descargas atmosféricas y los
elementos de conexión a tierra de la aparamenta.
 Puesta a tierra por razones funcionales:
Asegura el funcionamiento correcto del equipo y de la instalación.

13. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA
Salinidad del terreno (%)
0
40000
80000
120000
160000
200000
0 5 10 15 20 25
CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE UNA IPT
• Resistividad del terreno:
ρ
S
L
ρ
R 



 2
m
1
S
m
1
L
NATURALEZA DEL TERRENO RESISTIVIDAD (*m)
Terrenos
Limo
Humus
Turba húmeda
Arcilla plástica
Margas y arcillas compactas
Margas del jurásico
Arena arcillosa
Arena silícea
Suelo pedregoso cubierto de césped
Suelo pedregoso desnudo
Calizas blandas
Calizas compactas
Calizas agrietadas
Pizarras
Rocas de mica y cuarzo
Granitos y gres procedentes de
alteración
Granitos y gres muy alterados
Cu / Al
De algunas unidades a 30
20 a 100
10 a 150
5 a 100
50
100 a 200
30 a 40
50 a 500
200 a 3.000
300 a 500
1.500 a 3.000
100 a 300
1.000 a 5.000
500 a 1.000
50 a 300
800
1.500 a 10.000
100 a 600
 1,78, 2,77EXP-8
1 m
1 m
L
Humedad referida a terreno seco (%)
Arcilla
Terreno superficial
Marga arcillosa
 (Ω*m)
3000
2500
2000
1500
1000
500
0 -15 -10 -5 0 10 20 40 60
Temperatura del terreno (ºC)
ρ (Ω*m)
ρ (Ω*m)
0 5 10 15 20
102
10

14. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA
CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE UNA IPT
• Resistividad del terreno:
ESTRATIGRAFÍA DEL TERRENO
VARIACIONES ESTACIONALES DE LA RESISTENCIA
JUNIO JULIO AGOS SEPT. OCTUB. NOVI. DICIEM. ENERO FEBRE. MARZO ABRIL MAYO
a
b
130%
100%
70%
a: Toma de tierra en superficie
b: Toma de tierra en profundidad
350 300 250 200 150 100 50 0
Resistencia (Ω)
68 Ω
47 Ω
185 Ω
1,5 m
3,00 m
4,50 m
6,00 m
PROFUNDIDAD
(m)
SUPERFICIE DEL TERRENO
ARENA LIGERA
ARENA FIRME
ARCILLA MECLADA CON
ARENA

15. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA
CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE UNA IPT
• Electrodos de tierra:
 Artificiales:
 Pica vertical: Rt = IL L: Longitud de la pica (m)
2
o
2,5
m
2
o
2,5
m
25
20
15
10
5
0
0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700
Pica: 5 m; profundidad de enterramiento: 0,6 m. Radio de la pica (m)
Terreno uniforme
Terreno desde 50 a 150 Ωm
Terreno desde 150 a 50 Ωm
Resistencia
de
la
pica
(Ω)
PICA
SUPERFICIE DEL TERRENO
CABLE DE COBRE S≥35 mm2
Soldadura
Aluminotérmica 0,80 m
2 m
>4 m
PICAS EN PARALELO
SUFRIDERA
MANGUITO DE
ACOPLAMIENTO
ELECTRODOS
PUNTA DE
PENETRACIÓN

16. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA
CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE UNA IPT
• Electrodos de tierra:
 Artificiales:
 Placa enterrada profunda: Rt = 0,8 I P P: Perímetro de la placa (m).
 Placa superficial: Rt = 1,6 I P
 Conductor enterrado horizontalmente:
Rt = 2 I L L: Longitud del conductor (m).
 Malla de tierra: Rt =  / 4r +  I L r: Radio de un círculo con la misma superficie
que el área cubierta por la malla (m); L: Longitud total de conductor enterrado.
 Cimentaciones de hormigón armado: Rt = 0,2 /V V: Volumen de cimentación de
hormigón enterrada (m3).
5 m

17. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA
CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE UNA IPT
• Electrodos de tierra:
 Naturales:
 La envolturas de plomo de los cables de una red eléctrica de baja tensión
enterrada en ciertas condiciones.
 No deben utilizarse las conducciones metálicas enterradas (agua, líquidos, gases
inflamables, calefacción central...).

18. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA
RELACIÓN DE IIPT EN UN SISTEMA MT-BT
COMPAÑIA DISTRIBUIDORA
SUBESTACIÓN
AT MT
(66 kV) (20 kV)
LÍNEA DE DIST.
(20 kV)
CENTRO
DE TRANSFORMACIÓN
USUARIO
INSTALACIÓN DE
BAJA TENSIÓN
MASA
MASA
Xn
RN RT RB RA
IPT IPT IPT IPT
NEUTRO RED
(MT)
MASAS CT
(MT)
NEUTRO MASAS BT

19. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA
ESTRUCT. Y DIM. DE LA IPT DE MASAS DE BT
• Electrodos de tierra:
 Esquema TN:
 Esquema TT:
 Electrodo o sistema de electrodos (E).
 Línea de enlace con tierra (A-B).
 Punto de puesta a tierra (B).
 Línea principal de tierra (B-C).
 Conductores de protección (C-D C-E, D-F, D-G).
 Bornas o regletas de conexión (C, D).
CRITERIO DE DIMENSIONADO:
Rt  F(geometría) < Radm
Radm = 2 *
*Se admiten valores mayores analizando un fallo fase-tierra según UNE 20460-413.1.3.4.
Radm = UL/IN
UL: Tensión límite convencional (=24, 50 V);
IN: Sensibilidad del dispositivo de corriente diferencial residual.
CGP CS
E
A
B
C
D
F
G
E
M
C
M

20. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA
• Conductor de tierra:
• Punto de puesta a tierra:
ESTRUCT. Y DIM. DE LA IPT DE MASAS DE BT
 Electrodo o sistema de electrodos (E).
 Línea de enlace con tierra (A-B).
 Punto de puesta a tierra (B).
 Línea principal de tierra (B-C).
 Conductores de protección (C-D C-E, D-F, D-G).
 Bornas o regletas de conexión (C, D).
K
t
I
S
2
d

UNE 20460-5-543.1.1.
TIPO Protegido mecánicamente No protegido mecánicamente
Protegido contra la
corrosión
Según apartado 3.4
16 mm2 cobre
16 mm2 acero galvanizado
No protegido contra la
corrosión
25 mm2 cobre
50 mm2 hierro
*La protección contra la corrosión puede obtenerse mediante una envolvente
CGP CS
E
A
B
C
D
F
G
E
M
C
M

21. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA
• Conductores de protección:
ESTRUCT. Y DIM. DE LA IPT DE MASAS DE BT
 Electrodo o sistema de electrodos (E).
 Línea de enlace con tierra (A-B).
 Punto de puesta a tierra (B).
 Línea principal de tierra (B-C).
 Conductores de protección (C-D C-E, D-F, D-G).
 Bornas o regletas de conexión (C, D).
Secciones de los conductores de fase
de la instalación
(mm2)
Secciones mínimas de los
conductores de protección
(mm2)
S 16
16<S 35
S>35
S*
16
S/2
(*) Con un mínimo de: 2,5 mm2 si los conductores de protección no forman parte de la canalización de alimentación y tienen una
protección mecánica, y 4 mm2 si los conductores de protección no forman parte de la canalización de alimentación y no tienen una
protección mecánica.
o
CGP CS
E
A
B
C
D
F
G
E
M
C
M
K
t
I
S
2
d

UNE 20460-5-543.1.1.

22. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA
Configuración
Lp
(m)
Resistencia
Kr
Tensión de
paso
Kp
Tensión de
contacto ext.
Kc=Kp(acc)
Sin picas
-
0,37 0,0287 0,0858
4 picas 2
4
6
8
0,100
0,080
0,067
0,058
0,0231
0,0178
0,0143
0,01194
0,0506
0,0355
0,0270
0,0214
8 picas 2
4
6
8
0,088
0,065
0,055
0,047
0,0200
0,0142
0,0110
0,0089
0,0402
0,0252
0,0179
0,0137
• Dimensionado del electrodo de tierra:
ESTRUCT. Y DIM. DE LA IPT DE MASAS DEL CT
 Investigación de las características del terreno ().
 Determinación de las corrientes máximas de defecto a tierra y tiempo de
eliminación del defecto (Neutro aislado, Neutro unido a tierra:rígido o con
impedancia).
 Diseño preliminar de la IPT: Selección de un electrodo típico de UNESA.
Configuración
Lp
(m)
Resistencia
Kr
Tensión de
paso
Kp
Tensión de
contacto ext.
Kc=Kp(acc)
Sin picas
-
0,131 0,0200 0,0816
4 picas 2
4
6
8
0,096
0,077
0,065
0,056
0,0160
0,0124
0,0101
0,0084
0,049
0,0347
0,026
0,0214
8 picas 2
4
6
8
0,084
0,065
0,054
0,046
0,0143
0,0104
0,0081
0,0066
0,0389
0,0247
0,0178
0,0138
)
(
3 2
2
n
d
X
R
R
U
I
t
k 


Parámetros característicos de un electrodo en forma de anillo rectangular de 4x3 m
(sección del conductor =50 mm2 ; diámetro de las picas =14 mm; Lp: longitud de las picas (m))
Profundidad: 0,8 m Profundidad: 0,5 m

23. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA
• Dimensionado del electrodo de tierra:
ESTRUCT. Y DIM. DE LA IPT DE MASAS DEL CT
 Cálculo de la resistencia de la IPT: Rt=Kr*
 Cálculo de la tensión de paso: Vp=Kp**Id
 Cálculo de la tensión de contacto: Vc = Kc**Id
 Cálculo de valores máximos admisibles de tensiones:
 Comprobación de resultados:
 Separación entre los electrodos de protección y servicio.
SEGURIDAD DE LAS PERSONAS
Tensión de paso máxima (VpmVpad ) paso admisible RAT
Tensión de contacto máxima (VcmVcad ) contacto admisible RAT
Corriente de defecto (IdIa) arranque protección
SEGURIDAD DEL MATERIAL
VBT Vt,max = Idmax *Rt
ADOPCIÓN DE MEDIDAS ADICIONALES DE SEGURIDAD
Tensión de paso admisible :
1000
6
1
10K









n
t
Vpad
Tensión de contacto admisible:
1000
1,5
1
K









n
t
Vcad
1000
3
3
1
10K
)
( 




 





n
t
V ad
acc
p
t
(s)
K n
0,9 ≥ t >0,1
3 ≥ t >0.9
5 ≥ t >31
t >5
72
78,5
64
50
1
0,18
0
0

24. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA
1
2
ESTRUCT. Y DIM. DE LA IPT DEL NEUTRO DEL TRAFO
 Aislado 0,6/1kV IK 7.
 Criterio de dimensionado similar que conductores de tierra
en IPT de masas de BT.
 Normalmente pica o hilera de picas.
 RBRadm
 Esquema TT:
Radm =37  (recomendación UNESA) que hace UL= 24 V con DDR de 0,65 A.
 Esquema TN:
Radm =2 *
3
1
Puesta a tierra del
Neutro del transformador
Puesta a tierra de
las masas del CT
1. Pica vertical.
2. Electrodo rectangular en anillo.
3. Cable aislado bajo tubo.

25. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA
U
*
2π
ρId

 Normalmente separadas para que un defecto en AT no origine tensiones
peligrosas para personas en las masas de BT. Debe cumplirse bien:
 Tomas de tierra independientes (< 50 V) o
 Se verifican distintas condiciones entre ellas:
 Separación de ambos electrodos:15 m en terrenos con <100 m.
 D resto de casos.
• IPTs para la masas de AT y BT en un CT:
 Única IPT cuando la tensión de defecto (Vd= Id*Rt)  Vcmáx aplicada (MIE-RAT 13).
SEPARACIÓN DE LAS IPT
¿VMASAS >50 V?
TIERRA MASA AT
TIERRA MASAS BT
MASA BT
V=0
LÍNEA DE AT LÍNEA DE BT
DEFECTO
Cable aislado de neutro
Rt
Vd = Rt*Id
Id

26. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA

2.000
ρId

D
• IPTs para la masas de AT y neutro del Trafo (UNE 20.460-4-442):
 Normalmente separadas para que un defecto en AT no
origine tensiones peligrosas en los aislamientos de BT.
VFTIERRA = VFN + VN, TRASFERIDA
Como: VENSAYO = 2U+1.000 V 1.500 V
Se admite: VN, TRASFERIDA  1.000 V
Por tanto la separación de electrodos debe ser:
SEPARACIÓN DE LAS IPT
¿VFT>1.000V?
TIERRA MASA AT TIERRA NEUTRO BT
Id
D
AT BT
Tierra del
neutro
(servicio)
Tierra de
protección
Uo=R*Id
U = 0
 Unidas cuando la tensión ante un defecto en MT  1.000 V
AT BT
Id
A
A = Tierra general
V=0
LÍNEA DE AT LÍNEA DE BT
DEFECTO
Cable aislado de neutro
Rt Vd = Rt*Id
Id

27. INSTALACIONES
DE
PUESTA
A
TIERRA
BIBLIOGRAFÍA
 Roger Folch, J., Martín Riera, G. y Roldán Porta, C. Tecnología eléctrica, 2000.
 de la Casa Hernández, J. Instalaciones eléctricas, 1999.
 Toledano, J. Puesta a tierra en edificios y en instalaciones eléctricas, 1997.
 Carmona Fernández, D. Manual de instalaciones eléctricas, 2005.
 REBT ITC-BT 18, Instalaciones de puesta a tierra.
 REBT ITC-BT y GUÍA-BT 26, Instalaciones interiores en viviendas. Prescripciones generales de instalación.
 UNE 20.460-5-54, Instalaciones eléctricas en edificios. Elección e instalación de los materiales eléctricos. Puesta a tierra y
conductores de protección, 1990.
 UNE 20460-7-707, Instalaciones eléctricas en edificios. Parte 7: Reglas para las instalaciones y emplazamientos especiales.
Sección 707: puesta a tierra de las instalaciones con equipos de proceso de datos, 1987.
 Schneider Electric España, S.A.. Publicación técnica PT-09: Medidas y vigilancia de las instalaciones de puesta a tierra, 2001.