Importancia de tener un pozo de tierra en las conexiones eléctricas

Por lo general un sistema está formado por conductores o barras de cobre o aluminio, que interconectan materiales metálicos (gabinetes, carcazas, estructuras, tanques, placas, contenedores, pantallas, etcétera), equipos (eléctricos, electrónicos de cómputo, de comunicación, voz datos, etcétera), y circuitos electrónicos, entre otros, con mallas o electrodos enterrados.                                                                                                 

En general, se dice que una estructura se encuentra conectada a tierra si esta eléctricamente unida a elementos metálicos directamente enterrados en el suelo. Los electrodos directamente enterrados forman el sistema de conexión a tierra y proporcionan una trayectoria de conducción de la corriente de falla o defecto de tierra.

Un sistema típico de conexión de tierra para una casa habitación, oficina, taller o pequeño comercio está integrado  por uno o más electrodos (generalmente varillas de tierra), enterrados en suelo o jardín e interconectados con un cable de cobre desnudo, que se desarrolla a lo largo de las instalaciones para ser interconectado con los equipos directamente o a través de contactos aterrizados. Un sistema de tierra de una subestación eléctrica está formado por un conjunto de conductores de cobre desnudos, enterrados en posición horizontal (malla de tierra), que se interconectan con elemento verticales (electrodos), y a su vez se conectan a los elementos metálicos y equipos propios de la subestación y equipos propios de la subestación. El sistema de tierra de una torre de transmisión está formado por electrodos y conductores enterrados que emergen radialmente para conectarse a las plantas de la estructura.

En nuestros días no existe un número limitado de sistemas, sin embargo, se enuncian los que requieren con más frecuencia de un sistema de tierra adecuado para su operación y seguridad.

Cuando se trate de instalaciones eléctricas para alimentar muchos aparatos eléctricos, fijos y móviles; con estructuras susceptibles de deterioro desde el punto de vista eléctrico, es fundamental la protección contra fallas de aislamiento que originan la aparición de tensiones por contactos indirectos. 

Las tensiones por contactos indirectos se originan en las estructuras metálicas de los equipos eléctricos, cuando un conductor o terminal energizado, ante la pérdida de aislamiento, establece contacto con la estructura metálica energizando esta.

La puesta a tierra de instalaciones eléctricas está relacionada en primer lugar con la seguridad. El sistema de puesta a tierra se diseña normalmente para cumplir dos funciones de seguridad. La primera es establecer conexiones equipotenciales.

Toda estructura metálica conductiva expuesta que puede ser tocada por una persona, se conecta a través de conductores de conexión eléctrica. La mayoría de los equipos eléctricos se aloja en el interior de cubiertas metálicas y si un conductor energizado llega a entrar en contacto con éstas, la cubierta también quedará temporalmente energizada.

Una puesta a tierra ayudara a proteger los bienes, con el fin de aterrizar el equipo a través de una conexión a tierra de las partes metálicas que normalmente no conducen corriente, como gabinetes, carcazas, soportes, o estructuras metálicas, para proveer al equipo de una capacidad conductora de baja impedancia, la cual permita una circulación de la corriente de falla hasta tierra, y da oportunidad a que opere el elemento de protección contra sobretensiones.

Cuando el personal trabaje en los lugares donde pueden existir atmósferas inflamables es necesario que permanezcan en todo momento conectado a tierra por medio de uso de calzado y piso de alta conductividad, También se utilizan los zapatos antiestáticos; estos no son tan conductores para suponer el peligro serio cuando la persona toque accidentalmente algún equipo. En cualquier caso, es necesario medir la resistencia de puesta a tierra de los operarios antes de que estos entren a una zona de riesgo. En muchas industrias como en la electrónica de semiconductores, en la que se majan componentes electrostáticamente frágiles, o se producen cintas de audio, video o discos compactos, normalmente se dispone de conexiones de puesta a tierra por cada uno de los operarios, en algunos casos se conectan a la toma de tierra por medio de una pulsera de cobre en forma permanente durante su actividad laboral, además de vestirse con prendas de tejido antiestático. La gran mayoría de las instalaciones de baja tensión existentes cuentan con tomas de energía (contactos monofásicos) de 120 o 127 volts (fase-neutro) para uso de clavijas de dos terminales del mismo tipo y dimensiones, como se muestra en la siguiente figura, donde se hace en forma aleatoria o indiferente.

Es fundamental diferenciar los efectos de la electricidad en el cuerpo humano, esto es distinguir entre accidentes debidos a la electrocución como accidente fatal o mortal y la descarga eléctrica como accidente no mortal. Con esta base, se han fijado un nivel en el cual los sistemas protectores automáticos de baja tensión operan en un corto tiempo e inversamente proporcional a la corriente de falla.

Los accidentes que se presentan más cotidianamente son debidos a:

• Trabajadores no calificados o deficientemente informados con respecto a los riesgos relativos a la electricidad.
• Trabajadores calificados sin autorización, que desconocen los circuitos o equipo eléctrico de una instalación, al exceso de confianza a la aplicación de un procedimiento erróneo a un error de identificación del circuito, conexión o equipo especifico, o la falla de control de los equipos de desconexión, así como el no aplicar las medidas reglamentarias de seguridad.
• Hacer pequeños arreglos con los equipos conectados, utilizar materiales o herramientas inadecuadas, conductores y extensiones en mal estado, contactos desajustados, tornillería floja, etcétera, en oficinas, almacenes, depósitos y casas habitación.
• Técnicos electricistas que utilicen herramientas con aislamiento defectuoso o efectúen trabajos de mantenimiento sin desconexión del suministro de energía en la industria.

En estos accidentes interviene siempre una cantidad de energía eléctrica que se transforma por ejemplo en calor. Esta transformación puede producirse directamente sobre la persona, causándole lesiones orgánicas, o desencadenar un proceso energético que dé lugar a un accidente de otra naturaleza, siendo, en este caso, la corriente eléctrica la causa indirecta.

En toda electrización corporal es importante considerar el establecimiento de un régimen transitorio de corriente a través del cuerpo, cuya duración puede ser importante en función de los tiempos considerados como umbrales de peligro, por lo que los valores de intensidad, tensión e impedancia deben definirse con precisión.

Un proceso que ha sido diseñado para operar sin conexión a tierra usa generalmente un dispositivo detector de corriente de fuga a tierra en alguno de los conductores de las fases y tierra. Una falla de fase a tierra, origina la caída de tensión entre la fase afectada y la tierra a cero voltaje, mientras que la tensión entre las otras dos fases no falladas y la tierra se eleva al voltaje entre dos fases, que equivale a un aumento del 58% como ejemplo de este caso, tres voltímetros o tres focos conectados entre conductores de las fases y la tierra, indicara la presencia de un contacto a tierra, ya sea por la medición registrada o por el cambio de la brillantez de los focos. También existen detectores electrostáticos que operan en función de la capacitancia de los conductores hacia tierra, marcando instantáneamente cualquier fuga a tierra de alguno de los conductores.

Es importante conocer y llevar a cabo la prevención para este tipo de accidentes pues una vez Analizados y estructurados los daños de origen eléctrico, el paso siguiente consiste en estudiar los procedimientos de prevención de los accidentes eléctricos.