Conexión a tierra en una casa privada: cálculo, dispositivo, instalación.

El contenido del artículo

• Fundamentos de la puesta a tierra de protección
• Cálculo del dispositivo de puesta a tierra.
• Instalación de puesta a tierra
• Materiales y herramientas para el dispositivo de puesta a tierra
• Montaje del dispositivo de puesta a tierra

El artículo describe cómo hacer una conexión a tierra de forma independiente en una cabaña privada. Entenderemos los principios de la conexión a tierra, aprenderemos a calcular la configuración de este dispositivo y determinaremos qué materiales se necesitan.

Hace unos 20-25 años, estábamos construyendo edificios públicos y privados, sin siquiera pensar en la protección efectiva de una persona contra una descarga eléctrica. Recientemente, todo se ha vuelto diferente: nuestros tableros de distribución de entrada son cada vez más grandes, ahora albergan docenas de disyuntores, varios RCD y casi siempre hay un bus de conexión a tierra separado allí. ¿Qué cambió? La electricidad ahora está literalmente a nuestro alrededor, ha aparecido una gran cantidad de accesorios de cableado en las casas, una masa de electrodomésticos y unidades de energía, que son fuentes potenciales de peligro, además, quizás, comenzamos a valorar más la vida humana..

Los códigos de construcción modernos (en particular, PUE) requieren que se aplique al menos una de las siguientes medidas para proteger a una persona en locales residenciales:

• caída de voltaje;
• ecualización potencial;
• uso de doble aislamiento de cables;
• uso de transformadores de aislamiento;
• instalación de dispositivos de corriente residual;
• disposición de puesta a tierra, puesta a tierra.

Por supuesto, el tema de la seguridad debe abordarse de manera integral y usarse de todas las formas posibles, pero la conexión a tierra en la casa debe ser obligatoria..

La puesta a tierra de las instalaciones eléctricas es el método de protección más fiable y eficaz que, junto con otras medidas, hace que la electricidad doméstica sea absolutamente segura. De hecho, la puesta a tierra es una conexión deliberada de los cerramientos de las instalaciones eléctricas (elementos que no están energizados) con la tierra. Para muchos propietarios de viviendas, la organización de la puesta a tierra parece ser demasiado costosa y tecnológicamente avanzada, o demasiado simple, lo que tampoco es del todo cierto..

En una casa privada, técnicamente no es nada difícil hacer una conexión a tierra confiable, ya que la distancia al suelo es muy pequeña y siempre puede encontrar áreas libres en el patio. Los residentes de edificios de apartamentos antiguos son mucho menos afortunados, donde los circuitos de conexión a tierra ya no funcionan, y luego algunos compatriotas logran conectarse a tierra individualmente desde los pisos superiores, colocando un conductor desde su apartamento a lo largo de las paredes del edificio hasta el suelo. Mientras tanto, sería un error creer que cualquier pasador de hierro clavado en el suelo, o cualquier tubería de agua, se convertirá en un circuito de tierra de trabajo normal. La puesta a tierra es un sistema que consta de varios elementos importantes con parámetros nominales específicos, que funciona de acuerdo con ciertos principios, interactúa estrechamente con otros sistemas.

Fundamentos de la puesta a tierra de protección

En un dispositivo eléctrico defectuoso (por ejemplo, si el aislamiento del cable de alimentación está dañado), puede aparecer voltaje en su caja. Cuando una persona toca el dispositivo, la corriente se precipita al suelo, atraviesa su cuerpo y, a menudo, causa daños irreparables, no todos los dispositivos de protección pueden reaccionar o tener tiempo para romper rápidamente el circuito. ¿Por qué la corriente se va al suelo? Porque acepta fácilmente una descarga, ya que tiene una capacidad eléctrica muy alta. Si la corriente de fuga (a través de la corriente de conducción que fluye entre dos o más electrodos) se ofrece de otra manera más simple, por ejemplo, un conductor con una resistencia más baja; para la conexión a tierra no debe exceder los 4 ohmios, entonces irá al suelo a lo largo de él, y no a través de una persona con resistencia corporal 1 kOhm. Se produce una fuga de corriente en el circuito y un dispositivo de corriente residual (RCD) desconecta el área dañada en una fracción de segundo.

Es por eso que todos los actuadores y unidades eléctricos modernos están diseñados de tal manera que se les puede conectar un conductor de puesta a tierra y se utilizan cables de tres núcleos para el cableado. Esto también se aplica a todos los electrodomésticos modernos, donde el cuerpo y uno de los contactos del enchufe de alimentación están conectados; usan enchufes con un contacto PE (antenas) para alimentarlos. Todas las lámparas, candelabros y apliques tienen terminales para conectar el cableado «amarillo», y las cajas metálicas de los tableros de distribución y las estructuras metálicas en las que se encuentra el equipo eléctrico están conectadas a tierra. Todos los consumidores de redes con una tensión de corriente alterna superior a 42 V están conectados a tierra sin falta, para corriente continua, superior a 110 V. Tenga en cuenta que la conexión a tierra proporciona no solo la seguridad eléctrica de las personas, sino también:

• estabiliza el funcionamiento de las instalaciones eléctricas;
• protege los dispositivos de sobretensiones;
• reduce la cantidad de interferencia de la red y la intensidad de la radiación electromagnética de alta frecuencia.

El dispositivo de puesta a tierra consta de los siguientes elementos:

• seccionador de puesta a tierra
• conductores de puesta a tierra

El conductor de puesta a tierra será cualquier parte del dispositivo de puesta a tierra que conecta las instalaciones eléctricas al electrodo de puesta a tierra, estos son núcleos de cables separados (generalmente aceptados, con aislamiento amarillo), elementos de los circuitos externos e internos, un bus especial ubicado en el blindaje.

Un conductor de tierra es un electrodo, la parte del circuito de tierra que está en contacto directo con tierra. Este elemento asegura el flujo de corrientes hacia el suelo y su dispersión. Dependiendo de si se utilizan elementos enterrados de estructuras de construcción para esto o un conductor especialmente creado, se distinguen conductores de puesta a tierra naturales y artificiales. Según el PUE, siempre se debe dar preferencia al uso de electrodos de tierra natural (cláusula 1.7.35), en una casa particular puede ser:

• carcasa de pozo de metal;
• cualquier tubería de acero, incluidas las tuberías para el tendido de cables eléctricos;
• armadura de plomo del cable de alimentación;
• varios postes y soportes metálicos en la calle, por ejemplo, elementos de cerca;
• elementos metálicos y de hormigón armado enterrados del edificio (columnas, cerchas, minas, cimientos).

Se pueden usar electrodos artificiales si la resistencia de los electrodos de tierra natural no corresponde a la norma, entonces los consideraremos con más detalle..

Cálculo del dispositivo de puesta a tierra.

El parámetro principal que debe calcularse es la conductividad del electrodo de tierra. En otras palabras, debemos elegir un electrodo de tal configuración para que la resistencia del dispositivo de conexión a tierra no exceda el estándar. Las disposiciones del PUE indican los siguientes números, que son los máximos permitidos:

• 2 ohmios: para una tensión de línea monofásica de 380 voltios;
• 4 ohmios – para 220 voltios;
• 8 ohmios – para 127 voltios.

Con una corriente trifásica, las resistencias máximas serán las mismas de 2, 4 y 8 ohmios, pero solo para voltajes de 660, 380 y 127 voltios, respectivamente..

¿Qué determina la conductividad del sistema de electrodos de tierra (lea, la resistencia del dispositivo de conexión a tierra)? Simplificado: desde el área de contacto del electrodo con el suelo y la resistividad del suelo. Cuanto más grande es el electrodo de tierra, menor es la resistencia, más corriente toma el suelo. Todas las fórmulas de cálculo sugieren tener en cuenta el área de superficie del electrodo y la profundidad de su inmersión. Por ejemplo, para calcular un solo dispositivo de puesta a tierra de sección circular, tenemos la siguiente fórmula:

Dónde: re – diámetro del pasador, L – longitud del electrodo, T – distancia desde la superficie hasta la mitad del electrodo de tierra, en – logaritmo, ? – constante (3,14), ? – resistividad del suelo (Ohm m).

Tenga en cuenta que la resistividad del suelo es el principal parámetro de cálculo. Cuanto menor sea esta resistencia, más conductora será nuestra conexión a tierra y más efectiva será la protección. Las principales cifras básicas para un determinado tipo de suelo se pueden encontrar en tablas y gráficos disponibles públicamente, pero mucho depende de su estado real: densidad, balance hídrico, temperatura, profundidad de las heladas estacionales, presencia y concentración de químicos «electroactivos» en él: álcalis, ácidos, sales. … Además, a diferentes profundidades la situación puede cambiar significativamente, las propiedades físicas de la base continental se vuelven diferentes, aparecen acuíferos que reducen la resistencia, la temperatura aumenta … Por regla general, a medida que aumenta la profundidad, el suelo se vuelve más actual.

A temperaturas bajo cero, la resistencia de los suelos aumenta considerablemente debido a la congelación del agua. Por lo tanto, existen ciertas dificultades con la conexión a tierra en áreas con suelos de permafrost. Por la misma razón, la longitud de los electrodos de tierra debe ser un orden de magnitud mayor que la profundidad estacional de congelación en latitudes normales..

Lo ideal sería investigar de forma práctica la resistencia del suelo y del dispositivo de puesta a tierra en su conjunto, mientras que las fórmulas nos ayudarán a realizar los cálculos básicos. A menudo, el análisis se lleva a cabo directamente en la etapa de instalación de los circuitos: los electrodos se sumergen y las mediciones de la conductividad de la conexión a tierra se realizan en tiempo real: si la resistencia es demasiado alta, aumenta la cantidad de electrodos de tierra o el grado de enterramiento.

Tenga en cuenta que la puesta a tierra debe funcionar en cualquier época del año, por lo que se recomienda revisarla en las condiciones más desfavorables (sequía, heladas). Si esto no es posible, se aplican coeficientes especiales a los resultados, teniendo en cuenta los cambios estacionales en la resistencia del suelo en un área en particular..

Si se utilizan varios electrodos para equipar el electrodo de tierra, entonces el procedimiento de cálculo será algo diferente:

1. La resistencia se calcula para cada uno de ellos (se puede aplicar la fórmula anterior).
2. Los indicadores se resumen.
3. Es necesario tener en cuenta el «factor de utilización».
4. La fórmula se ve así:

Dónde: norte – número de electrodos de tierra, A_y – tasa de uso, R₁ resistencia de cada electrodo por separado.

Como puede ver, no se tiene en cuenta la conductividad de los elementos horizontales que conectan los electrodos en un solo circuito..

El factor de utilización puede causar cierta complejidad: refleja el fenómeno en el que los electrodos adyacentes en el circuito se influyen entre sí, ya que las zonas de disipación de corrientes en el suelo comienzan a cruzarse cuando están demasiado cerca. Cuanto más cerca estén los electrodos de tierra individuales entre sí, mayor será la resistencia total del dispositivo de conexión a tierra. Se forma una esfera de trabajo con un radio igual a su longitud alrededor de cada electrodo en el suelo, lo que significa que la distancia ideal entre los electrodos de tierra será su longitud en el suelo (L), multiplicado por 2.

La relación entre la distancia entre los electrodos y su longitud.	Numero de electrodos	Coef. utilizar
1	cinco	0,7
1	diez	0,6
1	15	0,53
1	20	0,5
2	cinco	0,81
2	diez	0,75
2	15	0,7
2	20	0,67

Colocación de circuito cerrado
La relación entre la distancia entre los electrodos y su longitud.	Numero de electrodos	Coef. utilizar
1	cinco	0,65
1	diez	0,55
1	15	0,51
1	20	0.45
2	cinco	0,75
2	diez	0,69
2	15	0,66
2	20	0,63

Para calcular cuántos electrodos de tierra deben enterrarse en el suelo, utilice la siguiente fórmula:

Dónde: R – resistencia de diseño del dispositivo de puesta a tierra, R₁ – resistencia de un electrodo, A_y – tasa de uso.

En cuanto a la disposición de los electrodos de puesta a tierra, no es necesario que formen un triángulo, aunque esta es la configuración más común del circuito. Los electrodos se pueden colocar en una fila con una conexión en serie. Esta opción es conveniente si se asigna una franja de tierra estrecha para organizar la conexión a tierra..

Instalación de puesta a tierra

En principio, se pueden distinguir dos tipos de dispositivos de puesta a tierra, que se diferencian entre sí en términos de técnica de instalación y características del material. El primero es un diseño modular de clavijas (producción en fábrica) con uno o más electrodos, el segundo es una versión casera con varios electrodos de tierra de metal laminado. Sus principales diferencias radican solo en la organización de la parte enterrada: conductora, «superior», su parte es idéntica.

Los kits de puesta a tierra de fábrica son tecnológicamente avanzados y tienen una serie de ventajas:

• suministrados como un juego completo, los elementos están especialmente diseñados para la disposición de protección y se producen en equipos industriales;
• casi no requieren excavación, no se necesitan trabajos de soldadura;
• le permite profundizar a varias decenas de metros y obtener una resistencia muy baja y estable de todo el dispositivo.

El único inconveniente de estos sistemas es su elevado coste..

Materiales y herramientas para el dispositivo de puesta a tierra

Los seccionadores de puesta a tierra artificiales deben estar hechos de acero laminado. Adecuado para estos fines:

• esquina;
• tubo redondo o rectangular;
• varilla.

Para proteger el metal de la corrosión, se utilizan electrodos galvanizados. También se permite el uso de hormigón eléctricamente conductor como electrodo de tierra..

En los conjuntos de fábrica, estos son pines de un metro y medio enchapados en cobre y trefilados sólidos con roscas en los extremos. Se instala una punta cónica afilada en el primer elemento, los pasadores individuales se conectan mediante acoplamientos roscados de latón. Los electrodos se sumergen en el suelo utilizando herramientas de percusión de mano (cartucho SDS-Max, potencia de impacto aprox. 20 J). Se utilizan un adaptador y una cabeza guía para transferir energía desde la perforadora. La conexión entre el conductor de tierra y el electrodo se realiza mediante una abrazadera de acero inoxidable. Para proteger las juntas de la corrosión y reducir la resistencia en las juntas, se utiliza una pasta especial..

¡Atención! Los seccionadores de puesta a tierra no deben pintarse, lubricarse ni conservarse de ninguna otra forma que reduzca su conductividad..

El efecto de la corrosión (la parte de acero se adelgaza gradualmente) debe tenerse en cuenta al elegir la sección transversal del electrodo, se selecciona con un cierto margen, lo que garantiza una durabilidad suficiente del circuito. Las secciones transversales mínimas permitidas de los electrodos de tierra ubicados en el suelo están limitadas por documentos reglamentarios:

• varilla galvanizada – 6 mm;
• varilla de metal ferroso – 10 mm;
• sección rectangular laminada – 48 mm².

¡Atención! El grosor de los estantes de acero rectangular o el grosor de la pared de las tuberías debe ser de al menos 4 mm..

Una tira se usa con mayor frecuencia como conductor que conecta varios electrodos en el suelo, pero se puede usar un cable, una esquina o una tubería. Con estos materiales, es posible llevar a tierra al propio panel eléctrico (la sección transversal de los materiales tiene menos restricciones: varilla – 5 mm, acero rectangular – 24 mm², espesor de pared y estante – 2,5 mm).

El conductor de puesta a tierra dentro del edificio debe tener un área de sección transversal igual a la sección transversal del conductor de fase utilizado en el cableado de la casa..

También hay requisitos mínimos:

• aluminio sin aislamiento – 6 mm;
• cobre sin aislamiento – 4 mm;
• aluminio en aislamiento – 2,5 mm;
• cobre en aislamiento – 1,5 mm.

Para la conmutación de todos los conductores de tierra es necesario utilizar barras de tierra de bronce electrotécnico. En el sistema de puesta a tierra TT, estos elementos del cuadro se montan directamente en la pared de la caja metálica.

El electrodo de tierra de fabricación propia se profundiza con un mazo, los kits de fábrica se martillan con martillos neumáticos. En ambos casos, recomendamos preparar una plataforma o una escalera. Para trabajar con productos laminados negros, será necesario utilizar soldadura por arco manual..

Montaje del dispositivo de puesta a tierra

Consideremos el orden de las acciones. En los puntos iniciales indicaremos las operaciones típicas para la instalación de ambos tipos de electrodos de puesta a tierra.

Disposición y movimiento de tierras.Se recomienda instalar seccionadores de puesta a tierra en el suelo a una distancia de aproximadamente un metro de la cimentación. De acuerdo con el proyecto, el circuito está marcado, como ya hemos dicho, puede ser un triángulo equilátero, una línea, un círculo, varias filas … La distancia entre los electrodos se toma de 1,2 metros, por lo que es más del doble de la longitud del sistema de electrodos de tierra. Como opción básica, adecuada para la mayoría de nuestras condiciones, puede tomar un triángulo con un lado de 1,5-3 metros y una longitud de electrodos de 2-3 metros..

A continuación, debe cavar una zanja con una profundidad de aproximadamente 70-80 cm, la profundidad mínima permitida es de 50 cm. El ancho de la zanja en los puntos de profundización debe proporcionar comodidad para los conductores de soldadura, generalmente cavan con pendientes de aproximadamente 0.5-0.7 metros de ancho.

Para impulsar una puesta a tierra modular de un solo electrodo, solo se requiere un pozo de 50x50x50 cm de tamaño.

Preparando el electrodo.Para facilitar la inmersión del electrodo de tierra en el suelo, el metal laminado se afila con la ayuda de una amoladora, por ejemplo, los estantes se cortan en ángulo en ángulo, la tubería se corta oblicuamente, la varilla se afila. Si se usa metal usado, entonces, si es necesario, debe limpiarse completamente de recubrimientos protectores.

Una cabeza puntiaguda se atornilla al pin de tierra modular de fábrica, la conexión está recubierta con pasta.

Las esquinas (la mayoría de las veces son esquinas de 50x50x5 mm) se clavan en el suelo mediante golpes con un mazo..Lo más conveniente es comenzar a trabajar desde el andamio. Si el metal es blando, es mejor golpear las piezas a través de espaciadores de madera. La cabeza del seccionador de tierra debe elevarse 150-200 mm por encima del fondo de la zanja para que podamos conectar los electrodos en un circuito..

Los pasadores de fábrica se entierran utilizando un martillo de demolición con un mandril de vástago SDS-Max y una capacidad de impacto de 20-25 julios. Después de la inmersión de cada pin (1,5 metros), se atornilla un manguito y el siguiente elemento de puesta a tierra, este ciclo se repite hasta que el electrodo alcanza la profundidad de diseño, o se produce una falla (imposibilidad de profundización adicional). En caso de falla, las clavijas de conexión a tierra adicionales están obstruidas, el sistema se vuelve multielectrodo.

Los seccionadores de tierra están conectados con un conductor horizontal,En general, lo más conveniente es trabajar con una tira de 40×4 mm. Para metales ferrosos, la soldadura es necesaria aquí, ya que las uniones atornilladas se oxidarán rápidamente y aumentará la resistencia del dispositivo. El tachonado no funcionará: necesita una costura de soldadura larga de alta calidad.

Desde el contorno resultante, lleve la tira hacia la casa, dóblela y fíjela en el zócalo. Al final de la tira soldamos un perno M8 a través del cual se conectará un conductor de tierra de protección proveniente del blindaje.

Se instala una abrazadera en el último pin modular y el conductor se fija. La abrazadera está envuelta con una cinta impermeabilizante especial..

La zanja está cubierta de tierra..Se recomienda utilizar composiciones densas y homogéneas de grano fino para estos fines..

Los juegos de fábrica con un electrodo se pueden completar con un pozo de revisión de plástico.

El conductor de puesta a tierra se lleva al cuadro de distribución.Se puede unir directamente a las estructuras del edificio, con la excepción de áreas con alta humedad; es mejor usar aisladores allí. A través de las paredes, el conductor se tira por medio de tubos-manguitos de metal o plástico, de hecho, las reglas de tendido se aplican igual que para el cableado «principal» (este será uno de los siguientes artículos).

En el cuadro, el conductor, después de ser engarzado con una conexión de perno, se conecta al bus de tierra, que se instala en el cuerpo de la caja (sistema TT).

La resistencia del dispositivo de conexión a tierra se verifica con un multímetro, si, teniendo en cuenta los coeficientes estacionales (determinados por el Servicio de Supervisión de Energía del Estado para diferentes latitudes, hay tablas preparadas) supera los 4 ohmios, entonces es necesario aumentar la cantidad de electrodos.

Durante la conmutación de la aparamenta, los conductores de cables con aislamiento amarillo (proceden de consumidores de corriente) también se fijan en los conectores de bus..

Al conectar enchufes, dispositivos, lámparas, los conductores de puesta a tierra amarillos se conmutan en los lugares apropiados (generalmente están marcados con un letrero especial: tres franjas horizontales de diferentes tamaños), por ejemplo, en los enchufes este es un tornillo central.

Un sistema en el que el bucle de tierra no está conectado de ninguna manera con el conductor de trabajo neutro N se llama TT. Se recomienda su uso cuando las opciones TN (hay una conexión entre el neutro y el conductor de puesta a tierra) no se pueden usar, por ejemplo, si la condición de las líneas aéreas de suministro de energía no es satisfactoria. Por supuesto, por esta razón común, se ha vuelto muy popular. Pero, debe tenerse en cuenta que el sistema TT con un neutro de consumidores independiente con conexión a tierra sólida debe asegurarse con la ayuda de un RCD. Hablaremos de dispositivos de corriente residual en el próximo artículo..