Redes de tierra

1.11 Redes de tierra

La red de tierra constituye uno de los elementos más críticos para la seguridad de cualquier instalación eléctrica de baja tensión, aunque frecuentemente sea uno de los menos visibles y comprendidos. Una red de tierra deficiente puede comprometer toda la protección eléctrica, aumentando dramáticamente el riesgo de electrocución y daños a equipos. Este apartado profundiza en los principios, componentes, diseño y mantenimiento de redes de tierra en sistemas de distribución de baja tensión, con especial énfasis en la normativa española y europea aplicable.

Función y principios fundamentales de las redes de tierra

La red de tierra cumple varias funciones esenciales. En primer lugar, proporciona un camino de baja impedancia para que las corrientes de falta fluyan hacia tierra, permitiendo que dispositivos de protección como interruptores automáticos diferenciales (ID) detecten y desconecten circuitos defectuosos rápidamente. En segundo lugar, mantiene los potenciales de equipamiento y estructuras metálicas cercanos al potencial de tierra, previniendo que una persona entre en contacto con voltajes peligrosos. Tercero, disipa las corrientes derivadas de descargas eléctricas atmosféricas en redes aéreas de baja tensión.

El principio fundamental es que debe existir una trayectoria conductora de baja resistencia desde cualquier punto de la red que pudiera generar una falta hasta la tierra. Esta resistencia debe ser suficientemente baja para permitir que la corriente de falta alcance valores que activen los dispositivos de protección en tiempos inferiores a 200 milisegundos en circuitos de alumbrado y menos de 400 milisegundos en circuitos de fuerza, según especifica la instrucción técnica complementaria ITC-BT-22 del Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión español.

Componentes de una red de tierra

Una red de tierra típica está constituida por varios elementos. En primer lugar, los electrodos de tierra, que son conductores enterrados en el suelo que establecen contacto directo entre la instalación eléctrica y el terreno. Los electrodos más comunes son los de pica metálica (típicamente cobre o acero galvanizado), con longitudes entre 1 y 2,5 metros, que se hincan verticalmente en el terreno. Las placas de tierra, consistentes en láminas metálicas enterradas horizontalmente, se utilizan en terrenos con resistividad muy alta. Las cintas metálicas continuas, empleadas frecuentemente en redes de distribución aérea, sirven tanto como conductor de tierra como para vincular múltiples elementos metálicos de la estructura.

El segundo componente es el conductor de tierra, que conecta el electrodo con el equipo que requiere protección. Este conductor debe ser identificable mediante el código de colores verde-amarillo mencionado en apartados anteriores, y su sección debe calcularse según la sección del conductor de fase con la que está asociado, conforme a la tabla 54.7 de la norma UNE-EN 60204-1 o equivalentes españolas.

El tercer componente es la toma de tierra principal o puesta a tierra general, ubicada típicamente en el transformador de distribución o en el punto de origen de la instalación. En esta toma de tierra se conectan todos los conductores de protección de los circuitos derivados, formando una red única que asegura que toda la estructura metálica de la instalación esté al mismo potencial.

Resistencia de tierra y métodos de medición

La resistencia de tierra es uno de los parámetros más críticos en el diseño de una red de tierra. Está determinada por la resistividad del terreno, que varía enormemente según la composición del suelo: terrenos arenosos pueden tener resistividades de 100 ohm·metro, mientras que arcillas pueden estar entre 10 y 50 ohm·metro, y rocas pueden exceder 1000 ohm·metro.

La normativa española establece límites máximos para la resistencia de tierra. Según la ITC-BT-40, para instalaciones de baja tensión con esquema TT (donde el neutro del transformador está puesto a tierra y las masas de la instalación están conectadas a una toma de tierra independiente), la resistencia de tierra no debe superar 80 ohmios para circuitos de alumbrado, aunque en muchos casos se recomienda no exceder 40 ohmios para garantizar protección efectiva.

La medición de resistencia de tierra se realiza mediante instrumentos especializados llamados telurohmetros o medidores de resistencia de tierra. El método más común utiliza la técnica de los cuatro puntos de Wenner, que minimiza la influencia de las resistencias de contacto y otros elementos en serie. Las mediciones deben realizarse durante la puesta en servicio de la instalación y periódicamente (recomendablemente anualmente) como parte del mantenimiento preventivo.

Mejora de la resistencia de tierra

En terrenos con alta resistividad donde no es posible cumplir los límites establecidos únicamente con electrodos convencionales, es necesario implementar mejoras. El tratamiento químico del terreno, mediante la inyección de productos higroscópicos alrededor de los electrodos, puede reducir la resistividad en varios órdenes de magnitud. Los productos más utilizados son el sulfato sódico, cloruro sódico y especialmente compuestos más avanzados denominados aditivos de tierra de larga duración.

Otro método es la instalación de múltiples electrodos en configuración de anillo o malla, distribuidos sobre una mayor área superficial. En instalaciones de gran envergadura, como subestaciones o plantas industriales, es común emplear sistemas de tierra mallados con múltiples picas y conductores en anillo que proporcionen redundancia y reduzcan significativamente la resistencia total.

Un ejemplo práctico es la instalación de red de distribución en una zona costera con suelo arenoso. El electrodo simple de 1,5 metros puede tener una resistencia de 150 ohmios, inviable para cumplimiento normativo. La solución implementada consiste en instalar seis picas de 2 metros distribuidas en patrón hexagonal con conductor de cobre de 50 mm² en anillo, logrando una resistencia de tierra de 35 ohmios, dentro de los límites permitidos.

Coordinación con sistemas de protección

La red de tierra debe coordinarse adecuadamente con los dispositivos de protección de la instalación. Los interruptores automáticos diferenciales requieren una corriente de falta mínima para operar en tiempos seguros. Si la resistencia de tierra es demasiado elevada, la corriente de falta podría ser insuficiente, retrasando la desconexión y exponiendo a personas a riesgo de electrocución. La fórmula básica es que la tensión de contacto (V = I × R, donde I es la corriente de falta máxima esperada y R la resistencia de tierra) no debe exceder 50 voltios en circuitos de alumbrado y 120 voltios en otros circuitos, según especifica la normativa europea EN 60364.

Ideas clave

• La red de tierra proporciona caminos de baja impedancia para corrientes de falta, permite que dispositivos de protección desconecten circuitos defectuosos rápidamente, y mantiene equipos a potencial seguro.
• Los electrodos de tierra, conductores de tierra y tomas de tierra principales son los tres componentes fundamentales de toda red de tierra, requiriendo coordinación para formar una red única de protección.
• La resistencia de tierra está determinada por la resistividad del terreno, variable según composición del suelo, y debe cumplir límites establecidos por normativa (máximo 80 ohmios para baja tensión en esquema TT según ITC-BT-40).
• La medición de resistencia de tierra debe realizarse con telurohmetros mediante el método de cuatro puntos de Wenner, realizándose durante la puesta en servicio y periódicamente en mantenimiento.
• En terrenos de alta resistividad, mejoras como tratamiento químico del terreno, instalación de múltiples electrodos en configuración de anillo, o electrodos especializados permiten alcanzar valores de resistencia aceptables.
• La coordinación entre red de tierra y dispositivos de protección es crítica para asegurar que corrientes de falta alcancen valores suficientes para activar protecciones en tiempos de respuesta seguros.