Puesta a tierra

8.4 Puesta a tierra

La puesta a tierra constituye un elemento fundamental de seguridad en instalaciones eléctricas de baja tensión, siendo responsable de proporcionar camino de baja resistencia para corrientes de defecto, limitando tensiones de contacto a valores seguros y permitiendo funcionamiento correcto de dispositivos de protección diferencial. En redes de alumbrado exterior, donde la exposición a humedad, lluvia y contacto accidental es elevada, el diseño y ejecución correctos del sistema de puesta a tierra es crítico para garantizar seguridad de trabajadores y usuarios.

El Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT) en su instrucción técnica complementaria ITC-BT-18 especifica requisitos de sistemas de puesta a tierra, siendo complementado por la norma UNE 20.460 sobre instalaciones eléctricas de baja tensión. La puesta a tierra es obligatoria en todas las instalaciones de baja tensión excepto en sistemas de muy baja tensión de seguridad (MBTS), siendo especialmente crítica en instalaciones exteriores.

Funciones y tipos de puesta a tierra

La puesta a tierra cumple múltiples funciones: disipación de corrientes de falta a tierra hacia el terreno circundante, manteniendo potencial de tierra próximo a cero; limitación de tensión de contacto entre masa de equipo defectuoso y tierra a valores inferiores a 50 V (tensión de seguridad según REBT ITC-BT-24); facilitación del funcionamiento de dispositivos de protección por corriente diferencial (RCD) que detectan corriente que no retorna por conductor neutro (indicando contacto de fase a tierra) e interrumpen suministro en tiempo inferior a 300 ms.

El REBT reconoce dos sistemas principales: sistema TT (instalación de usuario aislada de tierra de alimentación, con conexión a tierra propia mediante toma de tierra), sistema TN (instalación de usuario conectada a tierra de alimentación pública, pudiendo ser TN-C si neutro y protección son conductor único, TN-S si son conductores separados, TN-C-S si se combinan sistemas). Las instalaciones de alumbrado exterior típicamente utilizan sistema TT cuando se alimentan desde red aislada, o TN-S cuando se conectan a red pública de distribución.

Componentes de un sistema de puesta a tierra

Un sistema de puesta a tierra completo incluye: electrodo de tierra (varilla, placa o red enterrados que hace contacto con terreno), conductores de tierra (cobre o aluminio conectando equipos a electrodo), barra de tierra (concentrador metálico donde convergen conductores de tierra de todos los equipos), conexiones de tierra de estructuras metálicas, canalizaciones, postes metálicos.

El electrodo de tierra es elemento clave del sistema. La varilla de cobre es la opción más común en alumbrado exterior, típicamente de diámetro 14 mm y longitud 1-2 metros, enterrada en vertical hasta su profundidad total. Para terrenos con resistividad muy elevada (terreno rocoso, arenoso seco), se utilizan sistemas de electrodos múltiples conectados en paralelo mediante conductor de cobre de sección 16-25 mm². La profundidad de enterramiento debe ser mínimo 0,5 metros, siendo recomendable 1-2 metros para mejorar contacto con capas más húmedas del terreno.

La resistencia de puesta a tierra depende de resistividad del terreno (ρ) medida en ohmios·metro, longitud del electrodo (L) y diámetro (d). Para varilla única, la aproximación es R = (ρ/2πL) × ln(4L/d). En terrenos de resistividad baja (200-500 Ω·m, suelos arcillosos húmedos), una varilla de 1 metro puede proporcionar resistencia de 20-40 ohmios. En terrenos de resistividad alta (1000-3000 Ω·m, suelos arenosos secos), la misma varilla podría proporcionar resistencia de 100-200 ohmios, requiriendo múltiples electrodos o varillas más largas.

Requisitos de resistencia según REBT

El REBT establece resistencia máxima de puesta a tierra de 80 ohmios para instalaciones normales, siendo este valor suficiente para garantizar que la tensión de contacto limite se mantenga bajo 50 V (considerando protección por RCD de 30 mA). La fórmula de tensión de contacto es: U_contacto = I_defecto × R_tierra. En caso de falta a tierra con corriente de 10 A (típica en circuitos de alumbrado de 6 mm²), con resistencia de tierra de 80 Ω, la tensión sería 800 V, siendo peligrosa. Sin embargo, en sistemas de protección con RCD de 30 mA, cuando ocurre falta a tierra, el RCD detecta corriente diferencial y desconecta el circuito en menos de 300 ms, limitando energía y tiempo de exposición a niveles seguros.

Para instalaciones de alumbrado exterior en zonas especiales (proximidad a agua, suelos muy conductivos), el REBT recomienda resistencia máxima de 40 ohmios para mayor margen de seguridad. En zonas muy secas o rocosas, puede ser técnicamente inviable alcanzar 40 ohmios con un único electrodo, requiriendo diseño especial con múltiples varillas o sistemas de electrodos de mayor longitud.

Diseño de sistema de puesta a tierra para alumbrado exterior

Para instalación de alumbrado de calle urbana de 2 km con 40 postes metálicos, se especificaría: electrodo de tierra principal en cuadro general (varilla de cobre 14 mm × 2 metros), electrodo secundario en subcuadro central (varilla de cobre 14 mm × 1,5 metros), electrodos locales en cada luminaria metálica (varilla de cobre 14 mm × 1 metro enterrada junto a base de poste). Los conductores de tierra conectarían todas las masas metálicas (postes, canalizaciones, estructuras, carcasas de luminarias) a los electrodos, con sección mínima 16 mm² según REBT ITC-BT-18.

El diseño garantiza múltiples trayectorias de circulación de corriente de falta, redundancia en caso de fallo de un electrodo, y resistencia total del sistema inferior a 40-50 ohmios considerando paralelo de múltiples electrodos. La medición de resistencia se realiza mediante instrumento de medición de resistencia de toma de tierra (telurómetro) según norma UNE-EN 62635, siendo obligatoria verificación inicial tras montaje y revisión anual durante operación.

Protección contra contacto directo en instalaciones de puesta a tierra

La puesta a tierra por sí sola no proporciona protección contra contacto directo (contacto accidental con conductor bajo tensión). Para esto, se requieren protecciones adicionales: aislamiento de conductores, disposición de conductores en tuberías/canalizaciones, protección mediante barrera o envolvente (grado IP mínimo), altura de instalación (conductores desnudos a altura superior a 2,5 metros). El sistema de puesta a tierra contribuye a protección contra contacto indirecto (contacto con masa puesta bajo tensión por defecto de aislamiento), donde el RCD detecta corriente de falta y desconecta.

En trabajos de mantenimiento de instalaciones de alumbrado, es obligatorio desconectar la línea de servicio antes de trabajar, utilizando interruptor seccionador ubicado en cuadro de distribución, y verificando desconexión mediante detector de tensión. La puesta a tierra proporciona "puente" para corrientes de falta durante fallo de aislamiento, siendo complemento esencial de sistemas de protección diferencial.

Tratamiento de terreno y mejora de resistencia

En terrenos con resistividad muy elevada (rocosos, arenosos secos), se recurre a mejora artificial de conductividad mediante: inyección de sales solubres en pozo alrededor de electrodo (cloruro de sodio, sulfato de cobre), inyección de bentonita (arcilla coloidal que retiene humedad), utilización de geles o pastas conductivas especiales. Estos tratamientos son temporales (efectivos 3-5 años) requiriendo renovación periódica.

Alternativamente, se utilizan sistemas de electrodos alternativos: placas de cobre de gran área superficial enterradas horizontalmente, redes conductivas de cobre encastadas en hormigón bajo estructura de edificios o subestaciones, sistemas de tubería de agua metálica cuando disponible (histórica pero menos frecuente actualmente). Para alumbrado exterior en terrenos rocosos, la solución más práctica es combinar múltiples varillas de 2-3 metros de longitud interconectadas en paralelo mediante conductor de sección grande (25-35 mm²).

Mantenimiento y verificación de puesta a tierra

La medición de resistencia de puesta a tierra es obligatoria inicialmente tras montaje (según instrucción técnica del REBT) y periódicamente durante operación (mínimo anual según guía técnica del INSST). La medición se efectúa desconectando temporalmente el electrodo del sistema, midiendo resistencia entre electrodo y tierra circundante mediante método de caída de potencial o método de compensación automática.

Los problemas típicos en sistemas de puesta a tierra en alumbrado exterior incluyen: corrosión de varillas de cobre por reacción con terreno (especialmente en terrenos salinos o arcillosos), soltura de conexiones por vibración de tráfico o movimiento de tierras, insuficiencia de resistencia en terrenos rocosos o secos, incorporación de cuerpos extraños conductores (tuberías metálicas, armaduras de hormigón) sin aislamiento eléctrico apropiado.

Ejemplo práctico de cálculo y diseño de puesta a tierra

Considérese proyecto de alumbrado exterior con 40 postes metálicos de 8 metros altura en suelo urbano de resistividad estimada 300 Ω·m (suelo arcilloso ligeramente húmedo). Objetivo: resistencia máxima 50 Ω. Especificación: electrodo principal en cuadro general: varilla de cobre 14 mm × 2 metros, resistencia estimada R1 = (300/2π×2) × ln(4×2/0,014) ≈ 35 Ω. Electrodo secundario en subcuadro central (1 km del principal): varilla de cobre 14 mm × 1,5 metros, resistencia estimada R2 ≈ 45 Ω. Electrodos locales en 10 postes distribuidos uniformemente: 10 varillas de 14 mm × 1 metro, cada una estimada 65 Ω, equivalentes paralelos de grupo: 65/10 = 6,5 Ω.

Resistencia total del sistema: con electrodo principal y secundario en serie efectiva pero múltiples trayectorias en paralelo con electrodos locales, resistencia estimada total ≈ 15-25 Ω (considerando contribución paralela de todos los electrodos interconectados). Documentación del proyecto incluiría plano de ubicación de electrodos, especificación de secciones de conductores de tierra (16 mm² mínimo), diagrama unifilar de conexiones, protocolo de medición tras montaje con telurómetro certificado.

Ideas clave

• La puesta a tierra proporciona trayecto de baja resistencia para corrientes de defecto a tierra, limitando tensiones de contacto a valores seguros y facilitando actuación de protecciones diferenciales (RCD).
• El REBT establece resistencia máxima de 80 Ω para instalaciones normales, 40 Ω recomendado para zonas de riesgo elevado (alumbrado exterior en zonas húmedas).
• Un sistema completo integra electrodo de tierra (varilla de cobre típicamente), conductores de tierra de sección 16 mm² mínimo, barra de tierra en cuadro general, conexiones de todas masas metálicas (postes, canalizaciones, estructuras).
• La resistencia de electrodo depende de resistividad del terreno, profundidad de enterramiento y geometría del electrodo; terrenos secos/rocosos requieren sistemas múltiples de electrodos o mayor longitud.
• La medición de resistencia es obligatoria tras montaje y anualmente durante operación mediante telurómetro, siendo requisito de cumplimiento normativo y defensa legal.
• Los problemas típicos incluyen corrosión de varillas, soltura de conexiones por vibración, insuficiencia en terrenos rocosos; requiriendo diseño robusto con redundancia de trayectorias.