SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA: Una introducción a los fundamentos de los sistemas de puesta a tierra

Contenido
▪ Competencias
▪ Resultados de aprendizaje: RAP1, RAP2, RAP3.
▪ RAP 1: Fundamentos y características SPT, Simbología y conexiones, Requisitos
RETIE y NTC2050 aplicado a SPT, Herramientas, materiales y equipos para el
montaje de SPT, Procedimiento técnico de diseño de SPT.
▪ RAP2: Resistividad del terreno, Métodos de conexión de electrodos, verificación
cumplimiento RETIE y NTC2050 de SPT, Construcción plan de mantenimiento SPT,
Configuración y uso de instrumentos de medición de resistencia de electrodos.
▪ RAP3: Resistividad del terreno, Instalación de SPT, Medición de resistencia de
puesta a tierra, Validación de parámetros de diseño.

Competencias
▪ Montar sistemas de puesta a tierra de acuerdo con normativa.

Resultados de aprendizaje (RAP)
▪ RAP1: Comprender las necesidades y requisitos en la construcción del sistema
de puesta a tierra de acuerdo con procedimientos técnicos.
▪ RAP2: Realizar sistemas de puesta a tierra de acuerdo con la normatividad
vigente y los procedimientos de seguridad y ambientales.
▪ RAP3: Verificar la instalación del sistema de puesta a tierra de acuerdo con la
normativa vigente.

Fundamentos SPT (1)
Figura 1. SPT [1] Figura 2. Protección SPT [2]

Fundamentos SPT (2)
Definición 1: Es un mecanismo o sistema de protección de los usuarios de aparatos
conectados a la red eléctrica.
Definición 2: Es un sistema de protección para el usuario de una red eléctrica. Consiste en
un electrodo, enterrado en un suelo con baja resistencia y a las partes metálicas de la
estructura de la edificación. Se distribuye a lo largo de la instalación para formar una ruta
de conducción eléctrica que asegura la continuidad de corriente y la capacidad de
conducir con seguridad dicha corriente.
Definición 3: es una instalación de cables de protección que van desde cada uno de los
enchufes de la instalación, donde se conectarán aparatos eléctricos con partes metálicas
hasta la tierra.

Fundamentos SPT (3)
El objetivo del SPT es desviar las posibles corrientes de fuga hacia el terreno mediante
cables, en lugar de quedarse en la parte metálica del aparato conectado al enchufe.
Figura 3. Identificación terminal de conexión a tierra [3]

Fundamentos SPT (4)
Figura 4. Instalación aterrizada [3]

Fundamentos SPT (5)
En conclusión, los SPT permiten desviar corrientes potencialmente peligrosas para la
integridad e incluso la vida de las personas. Estas corrientes se pueden generar por
contacto o por cargas estáticas almacenadas.
Figura 5. Corrientes de fuga [4]

Fundamentos SPT (6)
La corriente de fuga es aquella que
fluye a través del conductor de
tierra en una instalación eléctrica.
Figura 6. Corriente de fuga [3]

Fundamentos SPT (7)
Figura 7. Corriente de fuga [1]

Funciones SPT – Anexo general - Artículo 15 RETIE (1)

La seguridad de las personas está determinada por los valores máximos admisibles
de energía eléctrica que pueden soportar y no del valor aislado de la resistencia de
tierra.
Estos niveles son ocasionados por tensiones de paso, de contacto o transferidas; sin
embargo, un valor bajo de la resistencia de puesta a tierra es deseable para disminuir
La máxima elevación de potencial (GPR – Ground Potential Rise).

Requisitos generales SPT – Anexo general - Artículo 15.1 RETIE (1)

Figura 8. SPT dedicadas e interconectadas [5]
La figura 8 muestra claramente que
todas las puestas a tierra de una
edificación deben estar interconectadas.
La equipotencialización puede hacerse
por encima o por debajo del nivel del
terreno.

Figura 9. SPT incorrectos [5]

Tabla 1. Máxima tensión de contacto admisible para una persona

Terminología SPT
Figura 10. Tensiones de contacto y de paso [6]

Terminología SPT – Tensión de paso
Figura 11. Tensión de paso [6]

Terminología SPT – Medición Tensión de paso

Terminología SPT – Cálculo tensión de paso
𝑅𝐵 = 1000Ω → 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑢𝑒𝑟𝑝𝑜 ℎ𝑢𝑚𝑎𝑛𝑜
𝐼𝐵 =
0,116
𝑡𝑠
𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 𝑐𝑢𝑒𝑟𝑝𝑜 𝑒𝑛 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜
𝑡𝑆 → 𝐷𝑢𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑐ℎ𝑜𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜
6𝐶𝑆𝜌𝑆 = 2𝑅𝑓 → 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑡𝑖𝑒𝑟𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑑𝑜𝑠 𝑝𝑖𝑒𝑠 𝑠𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑑𝑜𝑠 1𝑚 𝑒𝑛 𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑝𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
1,5𝐶𝑆𝜌𝑆 =
𝑅𝑓
2
→ 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑡𝑖𝑒𝑟𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑑𝑜𝑠 𝑝𝑖𝑒𝑠 𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑒𝑛 𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑝𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
𝐶𝑆 → 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑚𝑖𝑛𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑝𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
𝜌𝑆 → 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑝𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑒𝑛 Ω ∙ 𝑚

Terminología SPT – Cálculo tensión de paso
𝐸𝑃 = (1000 + 6𝐶𝑆𝜌𝑆) ∙
0,116
𝑡𝑆
𝐸𝑃 = (1000 + 2𝑅𝑓) ∙
0,116
𝑡𝑆

Terminología SPT – Tensión de contacto

Terminología SPT – Medición Tensión de contacto

Terminología SPT – Cálculo Tensión de contacto (toque)
𝐸𝑡50
= (1000 + 1,5𝐶𝑆𝜌𝑆) ∙
0,116
𝑡𝑆
𝐸𝑡50
= 1000 +
𝑅𝑓
2
∙
0,116
𝑡𝑆

Terminología SPT – Conexión equipotencial
Conexión equipotencial: unión permanente de partes metálicas para formar una
trayectoria eléctricamente conductora, que asegure la continuidad eléctrica y la
capacidad para conducir con seguridad cualquier corriente que pudiera pasar.

Terminología SPT
Acero inoxidable austenítico: aceros al cromoníquel (16% a 30% Cr y 6% a 22%
Ni) con bajo contenido de carbón (0.20% máximo), los cuales presentan elevada
resistencia a la corrosión, ductilidad y gran facilidad de limpieza; se endurecen por
trabajo en frío y no son magnéticos.
Acero inoxidable martensítico: aceros al cromo (11.5% a 18%) con alto
contenido de carbón (0.15% a 1.2%). Presentan elevada dureza y resistencia
mecánica, se endurecen por tratamiento térmico y son magnéticos.

Terminología SPT
Bajante: conductor conectado eléctricamente entre los DPS, conductores de guarda
y neutro, según aplique, y la puesta a tierra respectiva, cuya función es conducir las
corrientes de rayo que puedan incidir sobre la instalación que se va a proteger y
disminuir los efectos del campo magnético en el interior de una instalación.
Compatibilidad electromagnética: capacidad de un equipo o sistema para
funcionar satisfactoriamente en un ambiente electromagnético, sin dejarse afectar
ni afectar otros equipos por energía electromagnética radiada o conducida.

Terminología SPT
Conector: dispositivo que une dos o más conductores con el objeto de suministrar una
trayectoria eléctrica continúa.
Contacto directo: contacto de personas o animales con conductores activos de una
instalación.
Contacto indirecto: contacto de personas o animales con elementos puestos
accidentalmente bajo tensión o en contacto con cualquier parte activa a través de un
medio conductor.
Corriente de falla a tierra: porcentaje de la corriente de cortocircuito que se disipa por
el sistema de puesta a tierra durante una falla.

Terminología SPT
DPS Dispositivo de Protección contra
Sobretensiones, en inglés SPD Surge Protective
Device, se conoce también como corta picos,
supresor de transitorios, supresor de voltaje,
cortapicos, descargador, dispositivo de
protección contra rayos y sobretensiones,
limitador de sobretensiones, protector contra
rayos y sobretensiones, protector contra
sobretensiones, protector de voltaje, protector
eléctrico, supresor de picos, supresor de
sobretensiones.

Terminología SPT
Cortocircuito: fenómeno eléctrico
ocasionado por una unión accidental o
intencional de muy baja resistencia entre
dos o más puntos de diferente potencial
de un mismo circuito

Terminología SPT – Electrodo de puesta a tierra
Electrodo de puesta a tierra:
conductor o grupo de ellos en
contacto con el suelo, para
proporcionar una conexión
eléctrica con el terreno. Puede
ser una varilla, tubo, placa,
cinta, cable o malla de
conductores

De acuerdo con el RETIE se debe cumplir:
a) La puesta a tierra debe estar constituida por uno o varios de los siguientes tipos de electrodos:
Varillas, tubos, placas, flejes, alambres o cables desnudos.
b) No se permite el uso de aluminio en los electrodos de las puestas a tierra.
c) Los productores de electrodos de puesta a tierra deben garantizar que la resistencia a la corrosión
del electrodo, sea de mínimo 15 años contados a partir de la fecha de instalación. Para certificar este
requisito se debe utilizar el método de la inmersión en cámara salina durante 1000 horas o usando
muestras de suelo ácido, preparadas en laboratorio o en electrolitos de solución ácida con débil
concentración, que permita simular los suelos más corrosivos donde se prevea instalar los
electrodos de acuerdo con la norma ASTM G 162 o la ASTM G 1. Para electrodos en cables de acero
galvanizado, no es suficiente el ensayo de cámara salina, adicionalmente se debe probar con
muestras del suelo similar a donde se pretenda instalar.

•
El recubrimiento exigido en la Tabla 2, en ningún punto debe ser inferior a los valores indicados.
a) Debe probarse la adherencia y doblado del electrodo con recubrimiento, conforme a lo establecido
en la norma NTC 2206 o equivalente.
b) El electrodo tipo varilla o tubo debe tener mínimo 2,4 m de longitud.
c) Los electrodos deben cumplir las dimensiones y valores de la Tabla 15.2, los cuales son adaptados
de las normas IEC 62305-3, IEC 60364, BS 7430, AS 1768, UL 467, UNESA 6501F, NTC 4552, NTC
2206, NTC 2050, ASTM F 1136 y DIN ISO 10683.

Tabla 2. Requisitos de electrodos de puesta a tierra

Terminología SPT
Falla a tierra: conducción de corriente a tierra producto del contacto, bien sea
intencional o accidental, entre cualquiera de los conductores activos de una sistema
eléctrico y la tierra o los materiales conductivos que están puestos a tierra
Falla: degradación de componentes, alteración intencional o fortuita de la
capacidad de un sistema, componente o persona, para cumplir una función
requerida

Terminología SPT
Máximo potencial de tierra (GPR): máxima elevación de potencial de una puesta a
tierra respecto de una puesta a tierra remota, cuando fluye a través de ella una
corriente desde o hacia el terreno.
Puesta a tierra: grupo de elementos conductores equipotenciales, en contacto
eléctrico con el suelo o una masa metálica de referencia común, que distribuyen
las corrientes eléctricas de falla en el suelo o en la masa. Comprende los
electrodos, conexiones y cables enterrados. También se le conoce como toma de
tierra o conexión a tierra.

Terminología SPT
Puesta a tierra temporal:
dispositivo de puesta a tierra y
en cortocircuito, para protección
del personal que interviene en
redes desenergizadas. Se debe
considerar como un sistema de
puesta a tierra

Terminología SPT
Régimen de conexión a tierra (RTC) : modo de conexión del punto neutro con la tierra.
Resistencia mutua de electrodos: fenómeno resistivo que aparece entre electrodos de
puesta a tierra o puntos próximos en el suelo, mediante el cual, la corriente que se
dispersa a través de uno de ellos modifica el potencial del otro.
Resistividad aparente: es la resistividad obtenida con una medida directa en el suelo
natural, bajo el esquema geométrico especificado por el método de cuatro (4)
electrodos, aplicado con circuitos independientes de corriente y potencial. Esta
resistividad sólo es representativa para un punto de la característica del suelo
estratificado.

Terminología SPT
Resistividad del suelo: representa la resistencia específica del suelo o de un estrato
de este a cierta profundidad. Se obtiene indirectamente al procesar un grupo de
medidas de campo y su magnitud se expresa en Ohmio metro. Este valor es el
inverso de la conductividad.
Resistividad eléctrica (ρ): es la relación entre la diferencia de potencial en un
material y la densidad de corriente que resulta a través de este. Por lo tanto, es la
resistencia específica de una sustancia. Numéricamente es la resistencia ofrecida
por un cubo de 1 m x 1 m x 1 m, medida entre dos caras opuestas.

Terminología SPT
Sistema de puesta a tierra (SPT): conjunto de elementos conductores de un
sistema eléctrico específico, sin interrupciones ni fusibles, que unen los equipos
eléctricos con la puesta a tierra de la instalación. En algunos casos, como en los
aviones, los barcos, los carros y otros, la unión no es con el suelo propiamente
dicho, en cuyo caso se emplea el término masa. Comprende la puesta a tierra y
todos los elementos puestos a tierra.
Suelo: sistema natural, resultado de procesos físicos, químicos y biológicos, con
componentes principalmente minerales y sólidos inertes que le dan estabilidad, en
conjunto con líquidos y gases, que definen su comportamiento eléctrico.

Terminología SPT
Suelo artificial: compuesto
preparado industrialmente, de
baja resistividad, para potenciar
la conductividad de un
electrodo enterrado.
https://www.segelectrica.com.co/favigel/

Terminología SPT – Naturaleza del terreno
Tabla 3. Resistividad en función del tipo de terreno [8]

Terminología SPT - Telurómetro

Terminología SPT - Telurómetro
Telurómetro: equipo diseñado para medición
de resistividad y resistencias de sistemas de
puesta a tierra. Esta medición tiene como
principio general el inyectar una intensidad de
corriente alterna conocida, a una determinada
frecuencia, diferente a 60 Hz, y se mide la caída
de tensión, de forma que el cociente entre la
tensión medida y la corriente inyectada
proporciona el valor de la resistencia de puesta
a tierra.

Terminología SPT
Tensión a tierra: para circuitos puestos a tierra, es la tensión entre un conductor
dado y el conductor del circuito puesto a tierra o a la puesta a tierra, es la mayor
tensión entre un conductor dado y algún otro conductor del circuito.
Tensión: diferencia de potencial eléctrico entre dos conductores, que hacen que
fluyan electrones a través de este, según sea su valor de resistencia. Tensión es una
magnitud, cuya unidad es el Voltio.
Tiempo de despeje de falla: tiempo que transcurre desde el inicio de una falla,
hasta el momento en que se despeje por medio de un dispositivo de desconexión
accionado por una protección. Comprende tiempos de despeje, comparación,
decisión y acción.

Terminología SPT
De acuerdo a OEM (Original Equipment Manufacturers)

Medición de la resistividad del terreno
De acuerdo al tipo de instalación, los métodos para medir la resistividad del terreno
Y calcular su resistencia son:
Método de Wenner (cuatro puntas)
Método de Schlumberger – Palmer
Método de inserción de una varilla
Método para casos especiales

• Después de terminar cualquier modificación al edificio o cualquier construcción externa
que pueda haber comprometido el sistema de conexión a tierra.
• Una vez se determina un sitio de construcción, debe hacerse una prueba de resistividad del
suelo a fin de determinar la mejor ubicación y tipo de sistema de conexión a tierra a
instalar.
• Después de que se instala el sistema de conexión a tierra y antes de aplicar corriente, debe
verificarse y documentarse que el sistema de conexión a tierra cumpla con los requisitos
mínimos de resistencia.

• Después de que la construcción ha finalizado y el edificio está en funcionamiento,
debe verificarse que no se hayan hecho cambios o daños durante la construcción
• Una vez al año, como parte de un programa de mantenimiento predictivo/
preventivo, el sistema de conexión a tierra debe probarse para asegurar la
protección continua al personal y el equipo contra choques eléctricos e incendio

Método de Wenner
El telurómetro inyecta una corriente directa o
de baja frecuencia en el terreno y mide el
potencial generado para calcular la resistencia.
A partir de la medición de resistencia y la
configuración geométrica de la malla o anillo
de tierra se calcula la resistividad aparente del
terreno.
𝑅 =
𝑉
𝐼

Método de Wenner
𝐶1, 𝐶2 ∶ 𝑃𝑖𝑐𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒
𝑃1, 𝑃2: 𝑃𝑖𝑐𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙
𝜌 =
4𝜋𝑎𝑅
1 +
2𝑎
𝑎2 + 4𝑏2
−
2𝑎
4𝑎2 + 4𝑏2
𝜌: resistividad promedio a la profundidad b en [Ω∙m]
𝑎: distancia entre electrodos en [m]
𝑏: profundidad de enterrado de electrodos en [m]
𝑅: Lectura del telurómetro en [Ω]
𝑠𝑖 𝑎 > 20𝑏 → 𝜌 = 2𝜋𝑎𝑅
𝑠𝑒 𝑝𝑢𝑒𝑑𝑒 𝑡𝑜𝑚𝑎𝑟 𝑏 ≈
𝑎
20

Método de Wenner
Ejemplo: Calcule la resistencia de puesta a tierra si la distancia entre electrodos es
de 4 m y la lectura del telurómetro es de 0,43Ω.
𝑆𝑒𝑎 𝑏 =
4 𝑚
20
= 0,2 𝑚
𝜌 = 2𝜋 4 𝑚 0,43 Ω = 10,81 Ω ∙ 𝑚

SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA: Una introducción a los fundamentos de los sistemas de puesta a tierra

Mantenimiento periódico SPT
Verificar que la resistencia del
terreno
Sea suficientemente baja para
garantizar la
Integridad de las personas y proteger
los equipos
Electrónicos y eléctricos

Cálculos de resistencia a tierra

¿Qué resistencia de tierra aproximada tendrá una pica de 3
metros de longitud, clavada en un terreno de esquistos
grafíticos cuya resistividad es de ρ = 5 Ω·m ?

Supongamos un edificio destinado a viviendas, con instalación de pararrayos,
emplazado sobre un terreno de arena arcillosa de ρ = 500Ω·m, en el que las zanjas
de cimentación proporcionan una longitud perimetral de 33 metros. Determinar la
resistencia de una placa para conseguir una resistencia de tierra de 15Ω.
https://www.youtube.com/watch?v=r0L1oUyGePI
https://www.youtube.com/watch?v=noLv6OaR__0
https://www.youtube.com/watch?v=feJxF6P1HmU
https://www.youtube.com/watch?v=3e6yjaDX00Q

La longitud del conductor de cobre enterrado o anillo es de 290 m. (En el
esquema de la cimentación, el conductor aparece a líneas discontinuas en
rojo)
Queremos calcular el número de picas de 2 m. de longitud necesarias para
que la resistencia a tierra sea máximo de 10 ohmios.
Terreno: calizas compactadas con una resistividad,
ρ = 1500 Ωm.

Referencias
[1] https://www.matelec.com.ar/noticias/41_que-es-la-puesta-a-tierra-o-toma-a-tierra-
[2]https://sites.google.com/a/astro.unam.mx/oan_mantenimiento/electricidad/sistemas-de-
puesta-a-tierra
[3] https://www.areatecnologia.com/electricidad/puesta-a-tierra.html
[4]https://decoraciondemicasa.com/reformas/como-identificar-una-corriente-de-fuga-en-tu-
vivienda/
[5] https://conaltel.org/wp-content/uploads/2019/07/RETIE-RESOLUCION-18-1294-AGOSTO-06-
DE-2008.pdf
[6]https://www.aemc.com/userfiles/files/resources/applications/ground/APP-
TouchStepPotential_SP.pdf

Referencias
[7] Guía Metodológica: Cálculo del sistema de puesta a tierra – EPM.
[8]http://eschoform.educarex.es/useruploads/r/c/886/scorm_imported/35345345219314826611
/page_16.htm

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