Normativa eléctrica TEMA-6-1-Iram-2281-Parte-1.pdf

TEMA 6.1
PUESTA A TIERRA:
Norma IRAM 2281
Consideraciones Generales

DEFINICIÓN: comprende toda la unión metálica directa, sin fusibles ni protección alguna,
de sección suficiente entre determinados elementos o partes de una instalación eléctrica y
un electrodo o grupo de electrodos enterrados en el suelo, con objeto de conseguir que en
el conjunto de instalaciones, edificio y superficie próxima al terreno, no existan diferencias
de potencial peligrosas y que al mismo tiempo, permita el paso a tierra de las corrientes de
falla o de descarga de origen atmosférico.
OBJETIVOS: Seguridad de las personas.
Protección de las instalaciones.
Mejora de la calidad de servicio.
Establecimiento y permanencia de un potencial de referencia.
Introducción
TEMA 6.1: Norma IRAM 2281 – Consideraciones Generales

Funciones:
Limitar a un valor definido la diferencia de potencial, que puede presentar en cualquier
momento en una instalación, entre tierra y cualquier estructura metálica.
Posibilitar la detección de defectos o fallas a tierra y asegurar la actuación y coordinación de
las protecciones, eliminando o disminuyendo los riesgos ante una falla para las personas o
equipos afectados.
Limitar las sobretensiones internas (de maniobras, transitorias y temporales) que puedan
aparecer en algún momento en la red eléctrica.
Evitar que las tensiones de frentes escarpados, producidas por descargas atmosféricas
provoquen cebados inversos en el caso de líneas aéreas o instalaciones exteriores.
Protección contra electricidad estática por fricción. Se proveen conexiones para evitar el
choque eléctrico y peligros de fuego y explosiones

TEMA 6.1
PUESTA A TIERRA:
Resistividad

Generalidades
Los problemas de puesta a tierra (PAT) han sido y son objeto de numerosas
investigaciones, cuyos resultados se publican periódicamente en diversos
documentos técnicos. Aunque hay distintas opiniones y prácticas, existe también
una gran coincidencia en algunos aspectos.
Esta parte de la Norma IRAM 2281, constituye una tentativa para establecer
principios sobre los que ya se ha logrado cierto acuerdo y comparar los respectivos
méritos en aquellos casos que existen diferencias.
Esta primera parte, no pretende ser completa ni responder a todos los problemas
que puedan plantearse…..

Mapa orientativo de resistividades de la República Argentina

Resistividad del Terreno - Generalidades
El factor principal para la realización de un sistema de puesta a tierra es la
RESISTIVIDAD del suelo en la región considerada. Tal resistividad, depende
esencialmente de factores comunes a vastas regiones, pero ciertas
particularidades locales pueden inducir a elegir ciertos lugares por su resistividad
más favorable (Ver tabla siguiente).
Mapa de resistividades de la Provincia de Buenos Aires

Datos generales sobre resistividades de distintos terrenos

Valores típicos de resistividad eléctrica de ciertos tipos de terreno

Resistividad del Terreno – Definición
La resistividad de un terreno se define como la resistencia que se mediría entre dos caras
opuestas de una cubo de volumen unitario y depende esencialmente en el tipo y la cantidad de
agua retenida en el terreno.

Resistividad del Terreno – Factores
Entre los numerosos factores que determinan la resistividad de un terreno cabe citar los
siguientes:
 El TIPO de suelo
 La COMPOSICIÓN QUÍMICA de las sales disueltas en el agua contenida en el suelo.
 La CONCENTRACIÓN de sales disueltas en el suelo.
 El nivel o porcentaje de AGUA.
 La TEMPERATURA del terreno.
 Su GRANULOMETRÍA.
 La COMPACTACIÓN y las PRESIONES a las que está sometido el suelo.
 El EFECTO CORONA, para el caso de grandes corrientes sobre la superficie del
electrodo de tierra.

Resistividad del Terreno - Humedad
El suelo se compone principalmente de óxido de silicio (arena) y de óxido de aluminio, que son
buenos aislantes. La presencia de sales en éstos dos óxidos reduce la resistividad
Variación de resistividad para distintos porcentajes de humedad

Resistividad del Terreno - Humedad
Resistividad eléctrica de
un suelo referida a la de
su agua subterránea en
función de la humedad
“Hs” (% en masa) del
suelo según la fórmula de
Hummels:

Resistividad del Terreno – Salinidad
 La resistividad se debe por una parte, a un proceso electrolítico y por otra, a la resistencia
de contacto entre un gran número de finas partículas. Si el contenido de agua o de sales es
elevado, el fenómeno predominante será el proceso electrolítico mientras que, si el suelo es
mayormente seco, los factores esenciales será el tamaño de las partículas y el volumen de
aire retenido entre ellas.
Variación de resistividad para distintos porcentajes de salinidad

Resistividad del Terreno – Otras variaciones
 El tamaño del grano, su distribución y la compactación, son también factores influyentes,
dado que controlan el modo que la humedad permanece en el terreno. Muchos de estos
factores varían localmente y alguno también varían con las estaciones.
Variación de resistividad para distintas épocas del año (OJO!!!)

Resistividad del Terreno – Temperatura
 Otro punto importante es la temperatura del terreno que gobierna la movilidad iónica del
proceso de conducción por electrólisis ante la presencia de humedad.
Variación de resistividad en función de la temperatura

Resistividad del Terreno – Temperatura
Influencia de la temperatura “Θ” en
la resistividad de un suelo
compuesto por arcilla y arena (con
un 15% de humedad en masa).

 Se pueden mejorar los suelos que contienen pocas sales agregándoles sustancias químicas,
pero no es muy recomendable ya que éste proceso hay que repetirlo cíclicamente por el
efecto disolvente de las lluvias.
 Existe una buena relación entre la naturaleza del terreno y su resistividad. Aunque la
naturaleza del terreno pueda variar considerablemente en una misma región, su resistividad
tiende a corresponder a las de las rocas madres o profundas.
Variación de resistividad en función de la naturaleza

 Los valores locales se verifican mediante mediciones “in situ” siendo especialmente donde
el terreno está estratificado, dado que, debido a las dispersiones de corriente de tierra, la
resistividad efectiva depende no solo de la capa superficial, si no también, de la formación
geológica subyasente.
Variación de resistividad en función de la estratigrafía

TEMA 6.1
PUESTA A TIERRA:
Superficies Equipotenciales

Reparto de Potenciales de una Red con Retorno por el Infinito:
2
.
.
2
..
x
I
i
G
E x


 


x
I
U x
.
16
,
0


Tensión a una distancia “x” del punto de injección
Campo Eléctrico a una distancia “x” del punto de injección:
TEMA 6.1: Puesta a Tierra – Sup. Equipotenciales

Reparto de Potenciales de una Red con
Retorno de Corriente por otra:

Distribución de Superficies Equipotenciales en un terreno
homogéneo:

Deformación de Superficies Equipotenciales en un terrenos
heterogéneos:

TEMA 6.1
PUESTA A TIERRA:
Electrodos de Tierra

Características Eléctricas de los Electrodos de Tierra
Resistencia propia del electrodo (1)
Resistencia de contacto entre el electrodo y el suelo adyacente (2).
Resistencia de la tierra alrededor del electrodo (3).
Impedancia de las tomas de tierra
Resistencias de una toma de tierra

 RESISTENCIA: En CC y en corrientes alternas de frecuencia industrial, lo más importante es
la resistencia eléctrica del sistema de tomas de tierra, conjuntamente con las
tensiones de paso y de contacto personal y animal que dependen de la configuración física
y geométrica del sistema.
 RESISTENCIA ELÉCTRICA DEL MATERIAL CONSTITUTIVO DE LOS ELECTRODOS: La
conductibilidad de los materiales del sistema de tierra cumple una función secundaria: con
corrientes muy intensas como las producidas por un rayo, la intensidad del campo en la
superficie de los electrodos es tan grande que los materiales magnéticos de los electrodos
se saturan y su permeabilidad relativa alcanza un valor igual a 1. Entonces, puede
despreciarse la resistencia longitudinal de los electrodos de dimensiones
normales comparada con la resistencia del volumen de suelo que rodeo al
electrodo.
 RESISTENCIA DE CONTACTO ENTRE LA SUPERFICIE DEL ELECTRODO Y EL SUELO: La
resistencia de contacto puede aumentar la resistencia efectiva de la toma de tierra en una
proporción considerable. Esta resistencia de contacto puede reducirse por la presencia de
arcos eléctricos que se producen en caso de descargas y por la admitancia capacitiva entre
conductor y el suelo. Y, si bien no es considerada durante el proyecto, sí debe
tenerse en cuenta en la práctica.

 RESISTENCIA DEL VOLUMEN DEL SUELO QUE RODEA AL ELECTRODO: Esta resistencia es
la más importante del sistema de tierra ya que éste volumen varía según la forma y el
tamaño del electrodo. Una toma de tierra que permita una difusión de una corriente “I” en
un gran volumen de suelo tendrá una resistencia menor que otra toma de tierra cuyo
volumen sea inferior para la misma corriente “I”.
El valor de la resistencia poco depende de la forma del electrodo. En cambio, es
fuertemente dependiente de la naturaleza del terreno y del volumen de difusión de la
corriente.
 IMPEDANCIA DE LAS TOMAS DE TIERRA: La impedancia de una toma de tierra frente a una
onda de un rayo puede ser considerablemente mayor que su resistencia en corriente
continua; en particular si el electrodo es largo, por esto, se prefieren varios electrodos
cortos antes que uno solo largo.

Tipos de Electrodos de Tierra
Si bien los electrodos de tierra utilizados normalmente son muy complejos, conviene distinguir
los cuatro tipos siguientes:
 ELECTRODOS SUPERFICIALES EN ZANJAS: Son electrodos horizontales enterrados cerca de
la superficie, a una profundidad que minimice los riesgos de daños, de las heladas y de
otros factores estacionales (Hielo y temperatura mayormente).
 ELECTRODOS DE TIERRA DE CIMIENTOS: Se podrán utilizar si satisfacen determinadas
especificaciones que se verán próximamente.
 JABALINAS CORTAS (1,5 m) O LARGAS (3 ó más metros): Enterradas verticalmente a
profundidades convenientes en función de la estratigrafía del sitio y las resistividades del
terreno.
 ELECTRODS EN FORMA DE PLACA: Enterrados a profundidades de entre 1 y 4 metros que
ya prácticamente están en desuso por ser una forma antieconómica y cuyos resultados han
sido superados por los anteriores.

Factor “C” para calcular la resistencia de dispersión
Relación L/d

Electrodos SUPERFICIALES Instalados en Zanjas
La fórmula anterior es también aplicable a cintas y planchuelas sustituyendo el diámetro “d”
por la mitad del ancho de la cinta o la planchuela(????).
Si el cálculo indica un electrodo de gran longitud, siempre será preferible sustituirlo por otros
de menor longitud dispuesto en forma de estrella, por las siguientes razones:
 La resistencia óhmica propia del conductor largo puede llegar a ser considerable.
 Frecuentemente es más fácil enterrar varios conductores cortos que uno largo.
 La impedancia de impulso de dos o más conductores radiales es menor que uno sólo.
Si bien existen varias disposiciones posibles de electrodos cortos, todas ellas implican un
aumento de resistencia de dispersión respecto del conductor horizontal calculado
originalmente. Ver figura siguiente.

Electrodos SUPERFICIALES Instalados en Zanjas
Valor de la resistencia de dispersión para
distintas formas de electrodos cortos,
respecto del conductor rectilíneo de igual
longitud “l”.

Jabalinas Instaladas VERTICALMENTE
Las jabalinas hincadas VERTICALMENTE constituyen un tipo conveniente de electrodos de
dispersión y, si son cortas, son relativamente fáciles de instalar y es posible enterrar varias
jabalinas separadas convenientemente y conectadas en paralelo.
Con respecto al valor de su impedancia frente a un impulso, las mediciones indican que el
valor de esa “resistencia” puede reducirse al 70% respecto de la medición en corriente
continua a causa de las descargas disruptivas de impulso que pueden producirse en el suelo
mientras se dispersan las corrientes de impulso.

Comparadas con otros tipos de electrodos, las jabalinas poseen las ventajas siguientes:
 Fácil instalación y reducción del costo de la mano de obra.
 Pueden introducirse hasta una profundidad tal que se reduzca mucho la resistencia de
dispersión, especialmente en aquellos casos de arenas superficiales.
 La variación de la resistencia debido a variaciones de temperatura y humedad son mucho
menores que en electrodos horizontales.
 Es posible enterrarlas de forma oblicua para aprovechar sustratos de terreno profundos que
posean escasa resistividad.
 La conexión con jabalina – colector de tierra es de fácil realización e inspección.
 Permiten un tratamiento químico para disminuir su resistencia.
 De existir una capa superficial distinta (hormigón, tierra compactada, asfalto u otro tipo) los
costos de instalación son sumamente inferiores y sólo necesitan una perforación.
 También permiten su utilización en terrenos rocosos mediante perforaciones con brocas
diamantadas.

TEMA 616: Norma IRAM 2281 – Consideraciones Generales
La resistencia de tierra “R” de jabalinas hincadas en el suelo puede calcularse fácilmente
siempre y cuando se satisfaga que el diámetro “d” sea bastante menor que el largo “L” para
una resistividad del terreno “ρ”.

Otras consideraciones:
 Cuando la parte inferior de la jabalina alcance una zona de resistividad menor que la parte
superior; ésta parte se puede considerar como la longitud eficaz del electrodo de tierra.
 Debido a lo anterior, para el caso de utilizar jabalinas de gran longitud, se recomienda
medir la resistencia de tierra durante su colocación (cada 1,5 m aprox.) hasta alcanzar el
valor deseado de resistencia.
 Cuando se utilizan varias jabalinas conectadas en paralelo, siempre la resistencia total del
conjunto será mayor que el valor teórico calculado. Esto se debe a la influencia mutua de
los campos eléctricos creados por la corriente circulante. Éste aumento depende de la
distancia entre jabalinas y el número de ellas principalmente.
 Una buena idea del incremento porcentual de la resistencia de tierra con respecto al valor
teórico puede verse en la figura siguiente en función de la relación distancia entre jabalinas
versus longitud de las jabalinas.

Aumento de la resistencia para jabalinas en paralelo.

Jabalinas Instaladas VERTICALMENTE – Materiales
El material más apropiado es el COBRE ya que resiste muy bien la corrosión. También se utiliza
el ACERO REVESTIDO DE COBRE que se comporta exactamente igual; en cambio el acero,
muy usado antiguamente, se lo utiliza solamente recubierto con una buna capa de ZINC.
Otro punto a considerar, es la excelente conductividad del cobre respecto del acero lo que lo
hace muy conveniente para electrodos de gran longitud o importancia.
Un punto importante a considerar, es la existencia de CORROSIÓN GALVÁNICA entre los
metales por lo que se recomienda evitar la conexión o proximidad al cobre de otros metales
con diferente potencial electroquímico (aceros o armaduras) en el suelo. Por esta misma razón,
se desaconseja la utilización de acero sin recubrimiento.

Materiales y Tipos de Electrodos
Secciones mínimas:
 Electrodos en zanjas horizontales:
 Electrodos de cobre: Cable de 35 mm2, fleje o pletina de 50 mm2.
 Electrodos de acero recubierto de cobre: Alambre de 35 mm2 o cable de 35 mm2 .
 Electrodos de acero cincado: Fleje o pletina de 100 mm2 o barra redonda de 78 mm2 .
 Jabalinas enterradas verticalmente:
 Jabalinas de cobre: Barra redonda de 35 mm2 o caño de 113 mm2 de espesor mínimo de 3 mm
y de diámetro exterior de 20 mm.
 Jabalinas de acero recubierto de cobre: Jabalina redonda de 64 mm2 o jabalina JL 10 x ….. (JL
es el código de la jabalina normalizada sin rosca, el “10” da una idea aproximada del diámetro
exterior y los puntos suspensivos hacen referencia a la longitud de la jabalina: 1500, 2000,
2500, 3000 mm). En grandes instalaciones se utiliza jabalina redonda de 124 mm2 o jabalinas
JL 14 en adelante o tipo JA que son roscadas.
 Jabalina de acero cincado: Jabalina redonda de 165 mm2 ó del tipo JL 16 x ….. Aunque
también pueden ser de perfil tipo “L” o en cruz
TODAS LAS JABALINAS RESPONDERÁN A LA NORMA IRAM O COPANT
CORRESPONDIENTE.

Ejemplo de jabalinas redondas tipo JLX

Ejemplo de jabalinas redondas tipo JAX

Conexiones y Mantenimiento
Se deberán tener el cuenta las siguientes recomendaciones:
 Las resistencias de contacto deben ser los más reducidas y durables posible.
 Es esencial que las conexiones sean resistentes a la corrosión y a las tensiones mecánicas
(sean externas o internas por diferencias de temperaturas, por ejemplo).
 Siempre que sea posible se recomiendan las uniones soldadas solamente con soldadura
cuproaluminotérmica.
 Cuando las uniones sean de la misma sección y material, se puede realizar por compresión
con deformación plástica en frío (NO por identación).
 Si son conexiones enterradas o sumergidas se excluyen expresamente las uniones
roscadas, abulonadas o remachadas; por que no ofrecen confiabilidad.
 Con respecto al mantenimiento, se recomienda verificar periódicamente el estado de la
instalación revisando su conservación, la existencia de corrosión y realizando mediciones de
resistencia de tomas de tierra con una periodicidad que oscila entre uno y cinco años.

FIN del TEMA 6.1
PUESTA A TIERRA:
Norma IRAM 2281
Consideraciones Generales

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