El documento describe diferentes tipos de sistemas de puesta a tierra utilizando electrodos verticales u horizontales. Explica cómo calcular la resistencia de puesta a tierra para electrodos individuales o grupos de electrodos teniendo en cuenta factores como la longitud, diámetro, disposición y distancia entre electrodos. También analiza el comportamiento de los electrodos ante impulsos y cómo esto afecta al cálculo de la resistencia.

1. Electrodos para
sistemas de
puesta a tierra
1

2. Electrodos verticales
Comportamiento de los electrodos verticales
ante impulso
Electrodos horizontales
Comportamiento de los electrodos
horizontales ante impulso
Mallas de tierra
Sumario:
2

3. 1. Estudiar el sistema de puesta a tierra
construidos a partir del empleo de electrodos
verticales y horizontales
2. Analizar el efecto que tiene sobre la resistencia
de puesta a tierra el tipo de configuración y
disposición del sistema de electrodos que se
emplee
3. Definir el sistema de puesta a tierra en base a
las mallas de tierra: usos y factores de que
depende su resistencia de puesta a tierra
Objetivos
3

4. ELECTRODOS
VERTICALES
4

5. ELECTRODOS VERTICALES
5
ELECTRODO VERTICAL DE VARILLA EN
FORMA DE PICA

6. ELECTRODOS VERTICALES
6
Donde:
L – Longitud del electrodo bajo tierra
ρ – Resistividad del terreno
d – Diámetro del electrodo
RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA DE UN ELECTRODO VERTICAL DE
VARILLA EN FORMA DE PICA
R =
ρ
2·π·L d
4·L
·ln

7. ELECTRODOS VERTICALES
7
DEPENDENCIA DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA DEL DIÁMETRO
Y LA LONGITUD
R ( )
L (cm)
d = 4 cm
d = 2 cm
d = 1 cm
800
700
600
500
400
300
200
100
0 25 50 75 125 150
100
d
L

8. ELECTRODOS VERTICALES
8
ELECTRODO VERTICAL DE VARILLA EN UN SUELO
ARTIFICIAL
SUELO ARTIFICIAL

9. ELECTRODOS VERTICALES
9
Donde:
L – Longitud del electrodo bajo tierra
ρ – Resistividad del terreno
ρc – Resistividad del material de relleno
d – Diámetro del electrodo
D – Diámetro del relleno
RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA DE UN ELECTRODO
VERTICAL EN UN SUELO ARTIFICIAL
R =
1
2·π·L D
8·L
d
8·L
+ρc·ln -1
(ρ -ρc)·ln -1

10. ELECTRODOS VERTICALES
10
Donde:
 - Resistividad del suelo
c - Resistividad del hormigón
L - Longitud del acero de refuerzo
 - Espesor del hormigón entre el refuerzo de acero y el suelo
Z - Factor geométrico que depende de la distribución del refuerzo de
acero dentro del hormigón (radio(a) y separación(s) de las cabillas)
RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA DE UNA
BASE DE HORMIGÓN
R =
1
2·π·L Z
δ
Z
2·L
+ρc·ln
(ρc- ρ)·ln 1-

11. ELECTRODOS VERTICALES
11
Número de cabillas Distribución Z
2 o o
3
o
o o
6
o o
o o
o o
4
o o
o o
8
o
o o
o o
o o
o
8
o o o
o o
o o o
DEPENDENCIA DEL FACTOR “Z” DE LA DISTRIBUCIÓN DEL ACERO
DENTRO DE LA ESTRUCTURA DEL HORMIGÓN
a·s2
a·s2
3
6·a·s5
6
(2·a·s2
) ½
4
52·a·s7
8
23·a·s7
8

12. ELECTRODOS VERTICALES
12
VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA PARA
ELECTRODOS SEPARADOS A 10 cm CON EL NÚMERO Y LA
PROFUNDIDAD
0 2 4 6 8 10 12 14
0
50
100
150
200
250
300
Disposición de
los electrodos
1
2
3
5
R ()
cm

13. ELECTRODOS VERTICALES
13
Espaciamiento en metros
%
de
la
resistencia
de
un
electrodo
EFECTO DEL ESPACIAMIENTO ENTRE DOS ELECTRODOS SOBRE LA
RESISTENCIA DE PUESTA TIERRA
L = 3 m
d = 15,9 mm
70
75
60
65
50
55
45
40
0 5 10 15 20 25 30

14. ELECTRODOS VERTICALES
14
Donde:
L – Longitud de los electrodos bajo tierra
ρ – Resistividad del terreno
S - Separación entre los electrodos
d – Diámetro de los electrodos
CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA DE DOS
ELECTRODOS VERTICALES
R =
4·π·L d
8·L
3·S2
+ 1-
ln -1
ρ
4·π·S
ρ
ρ
S>L

15. ELECTRODOS VERTICALES
15
Donde:
L – Longitud de los electrodos bajo tierra
ρ – Resistividad del terreno
S - Separación entre los electrodos
d – Diámetro de los electrodos
CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA DE DOS
ELECTRODOS VERTICALES
S<L
R =
4·π·L S
32·L2
16·L2
S
2·L
ρ S2
ln -2 + -

16. ELECTRODOS VERTICALES
16
Donde:
Rp - Resistencia del grupo de electrodos
R - Resistencia de un electrodo
NV - Coeficiente de apantallamiento que depende del número y la
configuración
n - Número de electrodos
RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA PARA UN GRUPO
DE ELECTRODOS VERTICALES
Rp =
n·Nv
R

17. ELECTRODOS VERTICALES
17
Donde:
Rp - Resistencia de puesta a tierra del grupo de electrodos
Rc - Resistencia de puesta a tierra del cable de interconexión enterrado
RT - Resistencia total del sistema de puesta a tierra
RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA PARA UN GRUPO DE ELECTRODOS
VERTICALES TENIENDO EN CUENTA EL EFECTO DEL CABLE QUE LOS UNE
RT =
Rp ·Rc
Rp +Rc

18. ELECTRODOS VERTICALES
18
Donde:
R - Resistencia de un cable de enlace
RC - Resistencia de puesta a tierra de los cables de enlace
NH - Coeficiente de apantallamiento para el cable de enlace que depende
del número y la configuración
RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA DEL CABLE DE ENLACE DE UN
GRUPO DE ELECTRODOS VERTICALES
Rc =
n·NH
R

19. 19
Relación S/L
1 2 3
Electrodos en circulo o polígono
n NV NH NV NH NV NH
3 0,75 0,50, 0,77 0,60 0,88, 0,75
5 0,69 0,45 0,75 0,55 0,85 0,70
8 0,58 0,36 0,71 0,43 0,78 0,60
10 0,55 0,34 0,69 0,40 0,76 0,56
20 0,47 0,27 0,64 0,32 0,71 0,45
30 0,43 0,24 0,60 0,30 0,68 0,41
50 0,40 0,21 0,56 0,28 0,66 0,37
70 0,38 0,20 0,54 0,26 0,64 0,35
100 0,35 0,19 0,52 0,24 0,62 0,35
ELECTRODOS VERTICALES

20. 20
Relación S/L
1 2 3
Electrodos en línea recta
n NV NH NV NH NV NH
2 0,85 0,82 0,90 0,90 0,95 0,95
3 0,78 0,80 0,86 0,92 0,91 0,95
4 0,74 0,77 0,83 0,89 0,88 0,92
5 0,70 0.74 0,81 0,86 0,87 0,90
6 0,63 0,71 0,77 0,83 0,83 0,88
10 0,59 0,62 0,75 0,75 0,81 0,82
15 0,54 0,50 0,70 0,64 0,78 0,74
20 0,49 0,42 0,68 0,56 0,77 0,68
30 0,43 0,31 0,65 0,46 0,75 0,58
ELECTRODOS VERTICALES

21. COMPORTAMIENTO
DE LOS ELECTRODOS
VERTICALES ANTE
IMPULSOS
21

22. COMPORTAMIENTO DE LOS ELECTRODOS VERTICALES ANTE IMPULSOS
22
Donde:
L – Inductancia del electrodo
C – Capacitancia del electrodo
ε – Permitividad eléctrica del suelo
μ – Permeabilidad magnética del suelo
Le – Longitud del electrodo bajo tierra
d – Diámetro del electrodo
IMPEDANCIA CARACTERÍSTICA DE UN ELECTRODO VERTICAL
Z= =60· d
4·Le
·ln
C
L
ε
μ

23. COMPORTAMIENTO DE LOS ELECTRODOS VERTICALES ANTE IMPULSOS
23
Donde:
Rimp - Resistencia de puesta a tierra para impulso.
RCA - Resistencia medida a corriente alterna.
CI - Coeficiente de impulso
FORMA PRÁCTICA DE CALCULAR LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA DE
ELECTRODOS VERTICALES ANTE IMPULSOS
Rimp =
RCA ·CI
n

24. 24
Coeficientes de impulso para electrodos verticales
 (-m) L (cm) CI
Hasta 100
2 0,67
4 0,89
5 0,89
6 0,91
Hasta 300
2 0,49
4 0,64
5 0,70
6 0,75
Hasta 500
2 0,39
4 0,52
5 0,59
6 0,62
Hasta 1000
2 0,27
4 0,39
5 0,42
6 0,47

25. ELECTRODOS
HORIZONTALES
25

26. ELECTRODOS HORIZONTALES
26
Capas superiores del terreno
de resistividad muy alta
¿CUÁNDO ES NECESARIO USAR ELECTRODOS
HORIZONTALES?

27. ELECTRODOS HORIZONTALES
27
TIPOS DE ELECTRODOS HORIZONTALES MÁS
COMUNES
Cables
Cintas metálicas

28. ELECTRODOS HORIZONTALES
28
RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA DE ELECTRODOS DE
CINTA HORIZONTALES
Resistencia
en

Longitud en metros
Ancho
(mm)
25
100
100
0,5
0,5
2,0
0
2
4
6
8
10
12
14
0 50 100 150 200 250 300
Profundidad (m)

29. ELECTRODOS HORIZONTALES
29
RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA DE UN CABLE
HORIZONTAL DE DIÁMETRO d Y LONGITUD 2L ENTERRADO A
UNA PROFUNDIDAD h
R =
4·π·L d·h
16·L2
4·L2
+ -
ln - 2 h
L
ρ h2
L

30. ELECTRODOS HORIZONTALES
30
RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA DE UNA CINTA METÁLICA
HORIZONTAL DE SECCIÓN a x b, DE LONGITUD 2L
ENTERRADA A UNA PROFUNDIDAD h
R =
4·π·L a·h
8·L2
4·L2
-1+ -
ln +
h
L
ρ h2
2·(a+b) 2
a2
- π·a·b
L

31. ELECTRODOS HORIZONTALES
31
RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA DE DOS CABLES
CRUZADOS A 90 o, DE LONGITUD 2L CADA UNO, DE
DIÁMETRO d, ENTERRADOS A UNA PROFUNDIDAD h
R =
8·π·L d·h
4·L2
L2
-2.14· - 2.6·
ln + 2.9
h
L
ρ h2
L

32. ELECTRODOS HORIZONTALES
32
RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA DE TRES CABLES CRUZADOS A
60 o, DE LONGITUD 2L CADA UNO, DE DIÁMETRO d, ENTERRADOS
A UNA PROFUNDIDAD h
R =
12·π·L d·h
4·L2
L2
ln + 6.85 – 6.26· + 7·
h
L
ρ h2
L

33. ELECTRODOS HORIZONTALES
33
RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA DE UN ANILLO DE DIÁMETRO D
CONSTITUIDO POR UN ALAMBRE DE DIÁMETRO d, ENTERRADO A
UNA PROFUNDIDAD h
R =
28·π·D2 d·h
16·D2
ln
ρ
D

34. ELECTRODOS HORIZONTALES
34
RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA DE UN PLATO
METÁLICO REDONDO DE DIÁMETRO D ENTERRADO A
UNA PROFUNDIDAD h
R =
4·D h2
D2
+ 1- 0.036·
ρ
8·π·h
ρ
D

35. ELECTRODOS HORIZONTALES
35
RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA DE UN PLATO METÁLICO REDONDO
DE DIÁMETRO D ENTERRADO VERTICALMENTE CON SU CENTRO A UNA
PROFUNDIDAD h
R =
4·D h2
D2
+ 1- 0.018·
ρ
8·π·h
ρ
D

36. ELECTRODOS HORIZONTALES
36
EFECTO DEL ESPACIAMIENTO EN LA RESISTENCIA DE DOS
ELECTRODOS HORIZONTALES DE CINTA DE 20 m EN
PARALELO
Distancia entre electrodos (m)
Fracción
de
la
resistencia
de
un
solo
electrodo
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1
0 3
2 5
4 6

37. ELECTRODOS HORIZONTALES
37
Donde:
Rcof - Resistencia de la configuración de electrodos
R - Resistencia de un electrodo
Neh - Coeficiente de apantallamiento que depende del número y la
configuración
n - Número de electrodos
RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA PARA UN GRUPO
DE ELECTRODOS HORIZONTALES EN PARALELO
Rconf =
n·Neh
R

38. ELECTRODOS HORIZONTALES
COEFICIENTE DE APANTALLAMIENTO A 60 Hz Y A IMPULSO
PARA ELECTRODOS HORIZONTALES
Esquema Brazos Longitud Neh a 60 Hz Neh impulso
2 - 1 1
3
5.1
15.2
25.3
0.9
0.93
0.93
0.80
0.83
0.83
4
5.1
15.2
25.3
0.75
0.80
0.80
0.65
0.70
0.70

39. COMPORTAMIENTO DE
LOS ELECTRODOS
HORIZONTALES ANTE
IMPULSOS
39

40. COMPORTAMIENTO DE LOS ELECTRODOS HORIZONTALES ANTE IMPULSOS
40
El comportamiento de los
electrodos horizontales ante
impulso, al igual que con los
electrodos verticales es
gobernado por la impedancia
característica del sistema de
puesta a tierra

41. COMPORTAMIENTO DE LOS ELECTRODOS HORIZONTALES ANTE IMPULSOS
41
EFECTO DE LA LONGITUD DEL ELECTRODO EN SU
COMPORTAMIENTO ANTE IMPULSOS
t (μs)
0
Z
Resistencia de
puesta tierra
Zc
L2 = L
L1 >> L

42. PUESTAA TIERRA
EN
SUBESTACIONES
42

43. FUNCIONES DE UNA PUESTA A TIERRA EN
UNA SUBESTACIÓN
Permitir la conexión a tierra del neutro del
sistema
Permitir el paso a tierra para la descarga de
los pararrayos
Garantizar que los gradientes de tensión
superficial no sean peligrosos para los
operadores

44. El sistema más usado de puesta a tierra en las subestaciones consiste de conductores
y barras enterradas a una profundidad adecuada debajo de la superficie del terreno y
cuya configuración es la de una malla,
El parámetro más importante de una malla de tierra es el gradiente de potencial máximo
permisible ya que de él dependerá la seguridad de las personas que trabajen en la
misma.
• Los parámetros que determinan su magnitud son:
• La intensidad de la corriente que, en caso de fallo, circula a través de la parte
afectada de la instalación de tierra y del tiempo de duración del defecto
• Longitud y calibre de los conductores.
• Longitud, diámetro y cantidad de los electrodos verticales.

45. • Profundidad de enterramiento de los electrodos verticales y horizontales.
• Espaciamiento entre las filas de los conductores de tierra.
• Área de la malla de tierra.
Además es necesario tener en cuenta los siguientes elementos:
1. Las dimensiones de la malla serán tales que no se produzcan calentamientos que
puedan deteriorar sus características o aflojar elementos desmontables.
2. Los electrodos y demás elementos metálicos llevarán las protecciones precisas para
evitar corrosiones peligrosas durante la vida de la instalación.
3. Se tendrán en cuenta las variaciones posibles de las características del suelo en
épocas secas y después de haber sufrido corrientes de falla elevadas.

46. Por tanto para el diseño de la puesta a tierra de una subestación es necesario:
1. Investigar las características del suelo.
2. Calcular la resistencia del sistema de puesta a tierra.
3. Determinar la máxima corriente de falla a tierra y el tiempo máximo que demora
la
interrupción de la misma
4. Calcular en el exterior de la instalación las tensiones de paso y las tensiones
que
pueden ser transferidas fuera de misma
5. Calcular de las tensiones de paso y contacto en el interior de la instalación las
que
deben ser menores que las máximas permisibles
6. Investigación de las tensiones transferibles al exterior por tuberías, raíles, vallas,
conductores de neutro, blindaje de cables, circuitos de señalización y de los
puntos
especialmente peligrosos y estudio de formas de eliminación o reducción.

47. Después de construida la instalación de puesta a tierra es necesario medir su
resistencia y verificar que las tensiones de paso y de contacto están dentro de los
límites permisibles.
Si las tensiones de paso y de contacto son superiores a lo permisible y no es
técnicamente y/o económicamente factible reducirlas a los valores establecidos, es
necesario implementar alguna de las siguientes medidas:
• Hacer inaccesibles las zonas peligrosas.
• Disponer de suelos o pavimentos de elevada resistividad que aíslen suficientemente
de tierra las zonas de servicio peligrosas.
• Aislar todas las empuñaduras o mandos que hayan de ser tocados.
• Establecer conexiones equipotenciales entre la zona donde se realice el servicio y
todos los elementos conductores accesibles desde la misma.
• Aislar los conductores de tierra a su entrada en el terreno.
• Instalar las señales de peligro correspondientes a cada área y disponer de los medios
de protección adecuados para trabajar en ellas

48. MALLAS DE TIERRA
48
MALLAS DE TIERRA
EL GRADIENTE DE POTENCIAL QUE PUEDE APARECER
EN UNA MALLA DE TIERRA
Emalla = Km·Ki·ρ·
I
L
Donde:
I - Corriente a tierra
Ki=0.65+0.172·n
n - Número de conductores en la malla
L - Longitud total de los conductores de la malla

49. MALLAS DE TIERRA
49
Km =
2·π 16·h·d
S2
2·j+2
+ · ln
·ln 1
π
2·j-3
1
j = n
j = 3
Donde:
S - Espaciamiento entre los conductores
d - Diámetro de los conductores
h - Profundidad de los conductores

50. MALLAS DE TIERRA
50
Econtacto =
165+0.25·ρs
t
Donde:
t - Tiempo de duración del contacto.
S - Resistividad superficial de la tierra en -m debajo del pie
considerando cualquier tipo de tratamiento superficial que se
haya dado
EL GRADIENTE DE TENSIÓN MÁXIMO
(TENSIÓN DE CONTACTO )

51. MALLAS DE TIERRA
51
LA LONGITUD TOTAL DE LA MALLA DE TIERRA
Emalla = Econtacto
L =
165+0.25·ρs
Km·Ki·ρ·I· t

52. MALLAS DE TIERRA
52
LADO DE LA CUADRÍCULA
Donde:
L - Longitud total de los conductores de la malla
L1 - Largo de la subestación
L2- Ancho de la subestación
Llado =
2·L1 ·L2
L - (L1 +L2)

53. MALLAS DE TIERRA
53
SECCIÓN DE LOS CONDUCTORES DE LA MALLA DE TIERRA
S =
160
I (Con un máximo de 16 mm2
para conductores de cobre)
S =
100
I (Con un máximo de 95 mm2
para conductores de aluminio)
S =
160
I (Con un máximo de 50 mm2
para conductores de acero)

54. MALLAS DE TIERRA
54
Para la conexión a tierra de los pararrayos la sección de
los conductores no debe ser menor de:
S=24+0.4·U (para conductores de cobre)
S=40+0.6·U (para conductores de aluminio)
Donde:
U – Tensión nominal del pararrayos

55. MALLAS DE TIERRA
55
Para tiempos de desconexión de
hasta un segundo las
densidades de corriente para los
conductores de cobre deben ser
de 160 A/mm2, pues para
densidades de corriente
superiores se pueden exceder
los 200 ºC

56. 56
CORRIENTE EN FUNCIÓN DEL TIEMPO PARA LOS CONDUCTORES DE
COBRE DE LAS MALLAS DE TIERRA
Sección del
conductor
en mm2
Corriente en kA
1s 2s 5s 10s 15s
16 2,65 1,86 1,18 0.84 0,68
25 3,69 2,60 1,65 1,16 0,95
35 5,80 4,07 2,57 1,83 1,50
50 8,25 5,80 3,68 2,60 2,12
95 14,00 9,35 6,25 4,40 1,50
185 25,60 17,40 11,00 7,90 2,95
200 30,50 21,60 13,60 9,70 3,60
300 49,50 35.00 22,20 15,70 6,35
360 65,75 46,40 29,40 20,80 7,85