Comprensión de nuestro mundo eléctrico: 8 elementos que forman el sistema de electrodos con puesta a tierra

Comprensión de nuestro mundo eléctrico: 8 elementos que forman el sistema de electrodos con puesta a tierra

29 Jun 2021

NFPA 70®, Código Eléctrico Nacional (NEC®) tiene muchas áreas de interés que mantienen alerta al personal técnico de NFPA. Una de las áreas que siempre parece recibir muchas preguntas a través del Servicio de Preguntas Técnicas de la NFPA, disponible para los miembros y las autoridades competentes, tiene que ver con la puesta a tierra del sistema eléctrico. Las preguntas van desde cómo dimensionar los distintos conductores de puesta a tierra y puentes de unión hasta qué se puede utilizar para conectar el sistema a tierra. Antes de comenzar a averiguar qué tan grande tiene que ser el cable para el conductor del electrodo de puesta a tierra, es fundamental que comprendamos exactamente cómo conectaremos nuestro sistema eléctrico a la tierra y por qué.

Primero, necesitamos comprender algunos términos que se utilizan dentro del NEC cuando se trata de puesta a tierra y vinculación para que podamos comprender completamente la intención de lo que se requiere. Cuando escuchamos el término "sistema eléctrico puesto a tierra", ¿qué significa eso? Bueno, dado que el NEC define "tierra" como el suelo y "puesta a tierra" como conectado a la tierra, o un objeto conductor que extienda la conexión a tierra, tener un sistema puesto a tierra significa que tiene un sistema eléctrico que está conectado a la tierra. Otros términos con los que tenemos que familiarizarnos son el electrodo de puesta a tierra y el sistema de electrodos de puesta a tierra. Básicamente, un electrodo de puesta a tierra es un objeto conductor que establece una conexión directa a tierra o al suelo. La parte importante es que un electrodo de puesta a tierra tiene contacto directo con el suelo. Hay muchos objetos conductores dentro de una estructura, sin embargo, no todos establecen una conexión directa a tierra. Aquí es donde el sistema de electrodos de puesta a tierra comienza a tomar forma.

El NEC contiene una lista de elementos que pueden usarse como electrodos de puesta a tierra y requiere que, si hay alguno presente, se utilicen para formar el sistema de electrodos de puesta a tierra. Hay 8 elementos que se enumeran en 250.52 como electrodos de puesta a tierra permitidos, aquí está la lista:

El NEC contiene una lista de elementos que pueden usarse como electrodos de puesta a tierra y requiere que, si hay alguno presente, se utilicen para formar el sistema de electrodos de puesta a tierra. Hay 8 elementos que se enumeran en 250.52 como electrodos de puesta a tierra permitidos, aquí está la lista:

  • Tubería metálica subterránea para agua
  • Electrodo encerrado en concreto
  • Estructura metálica de soporte cimentada
  • Anillo de puesta tierra
  • Electrodos de varilla y tubo
  • Electrodos de placa
  • Otros electrodos listados
  • Otros sistemas o estructuras locales subterráneas de metal

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Cualquiera de estos electrodos que estén presentes en el edificio o estructura, tienen que unirse para formar el sistema de electrodos de puesta a tierra. Hay algunas condiciones de calificación para cada elemento de la lista que abordaremos en breve, pero es importante tener en cuenta que los primeros tres de la lista son componentes del edificio en sí y el resto son lo que en ocasiones se denomina “electrodos fabricados”. En otras palabras, un edificio tendrá los primeros tres o no los tendrá, pero 4 a 8 son elementos que el instalador colocará en la tierra para establecer el sistema de electrodos de puesta a tierra. Echemos un vistazo a cada uno de los elementos específicos de la lista:

  • Tubería metálica subterránea para agua

El electrodo de tubería metálica subterránea para agua a menudo se llama "enlace de agua" por muchos en el campo. Para que una tubería metálica subterránea para agua califique como electrodo, necesitamos tener al menos 10 pies en contacto directo con la tierra. Esto también tiene que ser eléctricamente continuo o hacerlo eléctricamente continuo hasta el punto de conexión para el conductor del electrodo de puesta a tierra o el puente de conexión.

  • Estructura metálica de soporte cimentada

El electrodo de estructura metálica de soporte cimentada a menudo se denomina "acero de construcción", pero es importante tener en cuenta que no todos los marcos de acero de un edificio calificarán como este tipo de electrodo. Para calificar como un electrodo de puesta a tierra, tiene que haber contacto directo con la tierra o revestimiento de hormigón que tiene contacto directo con la tierra. Los marcos de acero de los edificios a menudo se atornillan a pernos que están incrustados en la base de concreto y no tienen contacto físico con la tierra misma. Para que la estructura metálica de un edificio califique como electrodo, tiene que haber un mínimo de 10 pies verticalmente en contacto con la tierra, con o sin revestimiento de concreto. Si hay numerosos pilotes de metal que cumplen con esta calificación, solo se necesita conectar uno al sistema de electrodos de puesta a tierra. Sin embargo, no habría nada que impida el uso de múltiples electrodos metálicos enterrados como parte del sistema de electrodos de puesta a tierra del edificio.

  • Electrodo revestido de concreto

El electrodo revestido de concreto es un electrodo que utiliza los componentes estructurales de hormigón de un edificio para establecer una conexión con la tierra. A menudo conocidoGES2 como el suelo Ufer, este método es muy eficaz para hacer la puesta a tierra. Hay dos métodos diferentes para establecer este electrodo. Este electrodo puede ser como mínimo un conductor de cobre desnudo #4 AWG o puede ser varillas de acero de refuerzo sin encapsular con un diámetro mínimo de ½ pulgada. Cualquiera de los métodos tiene que tener un mínimo de 20 pies de largo y estar encerrado dentro de un mínimo de 2 pulgadas de concreto que esté en contacto directo con la tierra. Cuando este electrodo consiste en acero de refuerzo, se permite unir varias secciones más cortas de varillas mediante los métodos habituales, pero la longitud final ensamblada tiene que alcanzar o superar los 20 pies. Nuevamente, en edificios con múltiples electrodos disponibles, se permite simplemente usar un solo electrodo en el sistema general.

  • Electrodo de anillo de puesta a tierra

Un electrodo de anillo de puesta a tierra es un electrodo de puesta a tierra que rodea completamente el edificio o la estructura. Este consiste en un conductor de cobre desnudo que es como mínimo un conductor # 2 AWG y tiene que tener un mínimo de 20 pies de largo. Este tipo de electrodo tiene que instalarse y no es parte del edificio o estructura como los primeros tres electrodos.

  • Electrodos de varilla o tubo

Los electrodos de varilla y tubo son otro tipo de electrodo que se puede instalar para construir un sistema de electrodos de puesta a tierra más robusto o cuando el edificio o estructura no contiene un componente que califique como electrodo, como cuando el suministro de agua a una casa es de PVC y el lecho de cimientos no está en contacto directo con la tierra. Estos electrodos tienen que tener un mínimo de 8 pies de largo y estar en contacto con la tierra y un tamaño mínimo comercial de ¾ de pulgada cuando consta de tubos o conducto y de 5/8 cuando es un electrodo de varilla. Se pueden usar varillas de puesta a tierra de diámetro más pequeño cuando se enumeran como electrodos de puesta a tierra. Si se utilizan materiales corrosivos, como el acero, tienen que estar galvanizados o tomar otras medidas de protección contra la corrosión.

  • Electrodos de placa

También se puede establecer una puesta a tierra mediante el uso de una placa conductora. La placa tiene que exponer un mínimo de 2 pies cuadrados de superficie al contacto con la tierra. Esto podría significar que una placa de puesta a tierra puede medir 12 pulgadas por 12 pulgadas, ya que hay 2 lados de la placa en contacto con la tierra. Para placas hechas de hierro o acero sin recubrimiento, el espesor mínimo de la placa es de ¼ de pulgada para tener en cuenta la corrosión de la placa con el tiempo. Se permite que las placas de metales no ferrosos tengan un grosor de solo 1.5 milímetros.

  • Otros electrodos

Se permite el uso de otros electrodos y 250.52 enumera dos categorías que caen bajo el término "otros". Si un electrodo de un tipo no mencionado anteriormente está listado por un laboratorio de pruebas reconocido como un electrodo de puesta a tierra, la AC puede permitir el uso de dicho electrodo. También hay otras estructuras y sistemas metálicos subterráneos locales que pueden utilizarse, como sistemas de tuberías, revestimientos metálicos de pozos no unidos a una línea de agua metálica y tanques subterráneos. Sin embargo, tenga en cuenta que hay ciertos sistemas cuyo uso no está permitido como electrodos de puesta a tierra, como las líneas metálicas de gas subterráneas y la rejilla de conexión equipotencial requerida para las piscinas enterradas. La autoridad competente tiene que determinar si dicho objeto cumple con los requisitos para un electrodo de puesta a tierra.

También tenemos que hablar sobre cómo se instalarán estos electrodos para formar el sistema de electrodos de puesta a tierra. Como se indicó anteriormente, la tubería metálica subterránea para agua, la estructura de metálica de soporte cimentada y los electrodos revestidos de concreto suelen ser parte del edificio y, por lo tanto, requieren usarse o no están presentes y tienen que usarse uno de los otros electrodos "fabricados" o instalados. Hay una excepción a la regla general de que, si existe un electrodo, tiene que usarse y es para edificios existentes. No es la intención del NEC exigir que se altere la base de hormigón para exponer el acero de refuerzo interior y conectarlo. La excepción le permite al instalador la capacidad de no usar un electrodo revestido de concreto existente si requiriera alterar el concreto.

Los electrodos de varilla, tubo, placa y tubería metálica subterránea para agua requieren el uso de un electrodo de puesta a tierra suplementario. También es importante comprender qué se puede utilizar como electrodo suplementario. Por ejemplo, se puede usar una varilla de puesta a tierra para complementar una tubería metálica subterránea para agua; sin embargo, no se permite una tubería metálica subterránea para agua para complementar una varilla de puesta a tierra. Sin embargo, 250.53 (A) todavía requiere que los electrodos de varilla, tubo y placa tengan un electrodo de puesta a tierra suplementario. Esto significa que a menudo instalamos una segunda varilla o placa de puesta a tierra para complementar la varilla de puesta a tierra que se instaló para complementar la tubería metálica subterránea para agua. Esto se debe a que la tubería metálica subterránea para agua tiene el potencial de ser cambiada por la empresa de agua por PVC y el propietario a menudo no es consciente del hecho de que esto los dejaría con una sola varilla de puesta tierra después. Sin embargo, no es necesario complementar las estructuras metálica de soporte cimentadas, los electrodos revestidos de concreto y los anillos de puesta a tierra y, por lo tanto, podrían ser una opción viable.

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También tenemos los requisitos para instalar físicamente cada electrodo. Además de necesitar estar en contacto con la tierra, existen requisitos específicos como la profundidad de enterramiento que tenemos que seguir. Los electrodos de varilla y tubo necesitan tener un mínimo de 8 pies en contacto con la tierra y estar instalados verticalmente, a menos que se encuentre un lecho de roca a menos de 8 pies de profundidad. En este caso, el electrodo se puede instalar en ángulo u horizontal si es necesario. En el caso de que una varilla deba colocarse plana, tiene que enterrarse a una profundidad de 30 pulgadas. Esta es una profundidad de entierro común para la mayoría de los electrodos "fabricados". Los electrodos de placa y anillo de puesta a tierra también tienen que instalarse a una profundidad mínima de 30 pulgadas.

Por último, también hay que considerar las conexiones de los conductores de los electrodos de puesta a tierra y los puentes de unión. Al igual que con la mayoría de las conexiones en el mundo eléctrico, necesitamos que las conexiones mecánicas permanezcan accesibles después de la instalación. Con algunas excepciones para los que se listan para revestimiento de concreto o entierro directo. Tenga en cuenta que, dado que estas ubicaciones accesibles ya no están en contacto con la tierra, hay secciones en el NEC que otorgan permiso para usar elementos como los primeros 5 pies de tubería metálica interior para agua, acero de construcción o acero de refuerzo expuesto para extender la conexión al electrodo también.

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Comprender exactamente cómo nuestros sistemas eléctricos se conectan a tierra nos ayuda a lograr mejor el objetivo establecido en 250.4 de conectar a tierra un sistema de una manera que limite el voltaje impuesto por rayos, sobrecargas de línea o contacto no intencional con líneas de voltaje más alto y que estabilizará la tensión a tierra durante el funcionamiento normal. Lo que a su vez ayudará en última instancia a lograr la declaración de propósito del propio NEC y es la protección práctica de las personas y la propiedad de los peligros que surgen del uso de la electricidad. Ser capaces de aplicar correctamente estos conceptos nos lleva a todos por un camino hacia la protección del mundo de los peligros presentes cuando la electricidad ingresa a nuestro mundo. ¡En NFPA no podemos hacerlo solos y necesitamos tu ayuda para lograr nuestra misión de salvar vidas! Recuerda, es un mundo grande, ¡protejámoslo juntos!

El contenido visual incluido en este blog es de NFPA LiNK™, tu herramienta personalizada de conocimientos de códigos y normas bajo demanda, presentada por NFPA. Obtén más información sobre NFPA LiNK™ y regístrate para su prueba gratuita aquí: www.nfpa.org/LiNK

Aviso importante: esta correspondencia no tiene la intención, ni se debería confiar en ella, para brindar servicios o consultas profesionales.

 

Por Derek Vigstol es Líder de Servicios Técnicos Eléctricos en NFPA

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