¿Cómo funciona la puesta a tierra cuando la tierra está seca?

Question

La puesta a tierra tiene como objetivo proporcionar un contacto fiable de un aparato eléctrico con la tierra para que, en caso de fallo de aislamiento, la corriente vaya a la tierra en lugar de pasar a través del cuerpo de una persona. Esto requiere que la puesta a tierra esté hecha de conductores gruesos introducidos profundamente en la tierra.

Así es como se describió una buena puesta a tierra en el manual de una bomba doméstica (estoy bastante seguro de que se correlaciona bien con los códigos de construcción locales): tres tubos de acero, cada uno con al menos una pulgada de diámetro y veinte pies (seis metros) de longitud, deben ser insertados en la tierra verticalmente en un patrón de triángulo con al menos dos pies de distancia entre cada par de tubos. La parte superior de cada tubo debe estar al menos a dos pies por debajo de la superficie del suelo. Una barra de acero común debe ser soldada a los tres y el equipo que se está poniendo a tierra debe estar conectado a esa barra. Los puntos de soldadura deben ser pintados para protegerlos de la corrosión.

Ahora eso es mucho metal y parece impresionante. Pero, ¿cómo garantiza un camino de baja resistencia para las corrientes de fallo de aislamiento? ¿Qué sucede si la tierra está seca y no es lo suficientemente conductiva?

Answer 1

No hay garantías. Los sistemas de puesta a tierra se desarrollarán en base tanto a la teoría como a los resultados empíricos obtenidos a partir de una larga experiencia. La tierra que usted describe es extremadamente impresionante, y muy superior a lo que he visto en otros estándares.

La puesta a tierra NO asegura la seguridad personal

Se debe tener en cuenta que si bien la seguridad personal está involucrada en las consideraciones de puesta a tierra, la eficacia de una tierra no suele desempeñar un papel importante en mejorar muchos resultados relacionados con descargas eléctricas y puede empeorar muchos de ellos en lugar de mejorarlos.

La capacidad para manejar corrientes de falla sin causar una elevación local del potencial de tierra y, por lo tanto, disparar el equipo de interrupción de energía (fusibles o interruptores) es la consideración principal. Dentro de las instalaciones, la ruta a tierra para una persona que entra en contacto con un conductor en vivo será o a un objeto metálico conectado a tierra (cuerpo de hervidor o tostadora, etc.) o a través de un suelo húmedo o una superficie semiconductora aparentemente no conectada a tierra. En el caso de un electrodoméstico conectado a tierra, la puesta a tierra tiene la intención de ofrecer un cortocircuito a cualquier corriente de falla dentro del electrodoméstico y funcionará sin referencia a la tierra del edificio, siempre que el conductor de retorno esté a la resistencia de tierra, o así debería ser. Por ejemplo, en Nueva Zelanda (mi país) operamos un sistema MEN o "Múltiple Tierra Neutro" donde la tierra y el neutro están conectados en cada tablero de interruptores. Algunos sistemas pueden conectar solo el neutro y la tierra en la caja de distribución del edificio y en algunos sistemas no hay conexión de neutro a tierra: por ejemplo, al menos algunos sistemas de barcos flotan todo el sistema con respecto a la tierra local (agua de mar y casco). En un sistema conectado a tierra, los cuerpos de electrodomésticos locales conectados a tierra AUMENTARÁN la posibilidad de una descarga eléctrica para una persona que toca un cable en vivo desde otra fuente que no sea el electrodoméstico en cuestión, ya que ofrecen un camino a tierra duro, independientemente de la eficacia de la tierra del edificio.

En el caso de la tierra distribuida dentro de un local, surge una situación similar a la mencionada anteriormente, con la corriente de un conductor expuesto a tierra pasando a través de la tierra local informal y luego a la tierra. Una buena puesta a tierra del edificio puede empeorar la descarga eléctrica.

Es decir, La puesta a tierra del edificio tendrá poco efecto directo en la protección de los ocupantes de una descarga eléctrica. Donde sí tiene efecto es en garantizar que el equipo de protección funcione.

Disyuntores de corriente a tierra: salvavidas Donde SÍ funciona es si se equipan con ELCBs (disyuntores de corriente de fuga a tierra). Un ELCB detecta el desequilibrio de corriente entre la fase y el neutro (ida y retorno) que ocurre cuando una persona desvía parte de la corriente del circuito vivo a tierra. Los ELCB están diseñados para disparar a corrientes por debajo de las que podría ser atraídas por una persona que toca la red eléctrica. Están diseñados para disparar en menos tiempo que el que dura un "latido", eliminando (teóricamente) la capacidad de inducir fibrilación cardíaca. ¡Todavía se puede sentir la sacudida! - ¡pregúntame cómo lo sé :-). [[El test de puño cerrado probablemente le permite verificar esto. Puede variar en cada caso. No intente esto en casa. ¡Ay!]]

El diagrama anterior es de "Protección contra Descargas Eléctricas"

Ir a tierra

La resistencia a tierra se basa en proporcionar un medio para acceder a una tierra efectiva con resistencia prácticamente cero que está "ahí afuera". "Ahí afuera" se accede proporcionando una conexión lo suficientemente grande a la tierra cero para que la resistencia del medio (suelo) no agregue demasiado a la resistencia lograda. A menudo, se apunta a una tierra de "X" ohmios donde "X" se establece por experiencia como adecuada para la protección requerida. El método descrito para lograr "X" (aquí 3 varillas de 20 pies, etc.) se basa en condiciones aceptables en el peor de los casos (o debería serlo).

Un grupo lineal de conductores espaciados "ni muy lejos ni muy cerca" entre sí, forman un cilindro efectivo de aproximadamente el diámetro del conjunto, con la distancia "ni muy lejos ni muy cerca" basada tanto en la teoría como en la práctica. Este cilindro se puede concebir conectándose mediante "cuadrados curvilíneos" del medio circundante a un cilindro más grande de medio circundante que crece en una semiesfera efectiva a medida que se aleja. La resistencia de cada "cuadrado" es igual (cuando se construye adecuadamente) ya que un cuadrado que tiene N unidades de ancho también tendrá N unidades de profundidad.

La transición de un cilindro de conductor efectivo a una semiesfera ocurre durante unos pocos radios del conjunto original de conductores. Depende de las autoridades especificadoras garantizar que las tablas de agua típicas, los tipos de suelo, el tipo de conductor especificado, los arreglos de conductores especificados y las fases de la luna sean tales que el arreglo cumpla la necesidad con la suficiente frecuencia como para ser lo suficientemente seguro para las aplicaciones consideradas. Es decir, en condiciones muy secas con algunos tipos de suelo bajo algunas condiciones de falla, los resultados pueden no ser lo suficientemente buenos en algunas ocasiones. El costo y la practicidad juegan un papel en determinar con qué frecuencia puede ser "en algunas ocasiones". Dado que el fallo puede conducir a la muerte o incendios, los requisitos de los sistemas de puesta a tierra tienden a ser más generosos de lo razonable.

Answer 2

Cuando la tierra está seca, a veces, la puesta a tierra funciona mal.

Un caso patológico para la puesta a tierra son las cosas en la cima de las montañas.

Las cimas de las montañas tienden a estar bastante secas. A la gente le gusta instalar observatorios en la cima de las montañas. En una vida pasada trabajé con observatorios.

Las varillas de puesta a tierra se disponen en un anillo alrededor del observatorio con un cable enterrado que las une. Las varillas tienen las puntas altas en el aire; el objetivo es obtener algo de protección contra los rayos y una puesta a tierra que funcione en absoludo. (Los rayos prefieren cosas altas y metálicas como los observatorios).

El aire es muy seco en la cima de las montañas. La descarga electrostática normalmente se previene mediante la puesta a tierra.

El protocolo estándar era que el personal orinara en las clavijas de tierra en lugar de usar el baño portátil (siempre que fuera posible sin molestar a los turistas).

Para complicar las cosas, muchos sitios comparten la cima de la montaña con transmisores de radio. Toda esa radiación de RF es difícil de filtrar cuando no hay una puesta a tierra funcional a la que conectar. (¡Chicos de la radio, ustedes tienen los mismos problemas pero causaron los míos!)

Un compañero de trabajo tuvo problemas similares con la puesta a tierra en una vida pasada con dunas de arena y puesta a tierra. Hacer que los tanques sépticos se vacíen en las dunas puede ayudar.

Answer 3

tl:dr; Dado que la "tierra" es un factor común tanto para usted como para el conductor, no es un problema.

No es que la "tierra" esté seca y no sea muy conductora en ese punto de contacto, porque si ese fuera el caso, ¿por qué mi cuerpo sería un mejor conductor, considerando que está parado sobre algún sustrato directamente encima de la "tierra" en la que se introduce el cobre/acero/etc.? Lo principal aquí a tener en cuenta es cuánto más quieren absorber esa corriente las 3 piezas gigantes de metal conductor que su pobre cuerpecito, y aquí, quieren absorber mucho más.

Answer 4

"Tierra seca" es un término relativo. Lo que parece estar seco todavía puede conducir a cierto nivel. La tierra realmente seca se pulveriza y deja solo granos arenosos. Y el suelo seco no penetra profundamente. En Bélgica, la norma de puesta a tierra (documento en holandés) es una varilla de 1.5m enterrada verticalmente a 60cm de profundidad, o una varilla de 2.1m que alcanza la superficie (por lo que ambas van a 2.1m de profundidad). En la mayoría de los casos, eso es suficiente para llegar a la tierra húmeda. Una alternativa aceptada es un lazo enterrado al menos a 60cm de profundidad, por lo que es aún menos. Sin embargo, vale la pena señalar que Bélgica tiene un clima moderado y en ningún lugar tiene suelo extremadamente seco, ni siquiera en el suelo arenoso de Kempen.
¡Un tubo de 6m de largo(!) te dará seguridad adicional. (Solo estoy pensando cómo lo conducirás en suelo rocoso..)

Answer 5

Russell es el más cercano a lo correcto aquí: no es puesta a tierra lo que te protege contra descargas eléctricas. En cambio, es la unión de los conductores de puesta a tierra del equipo con el neutro principal en la entrada de servicio (¡y solo en la entrada de servicio!) lo que proporciona el camino de retorno para que la corriente fluya desde un chasis "conectado a tierra" de regreso a la fuente (neutro de entrada de servicio) a través del EGC, y así activar un interruptor o hacer saltar un fusible en caso de un cortocircuito de vivo a chasis - esto funciona incluso si el sistema está flotante (es decir, no conectado a tierra), como en el lado secundario de un transformador de aislamiento (un "sistema derivado separadamente" en la jerga del NEC).

Tal como se mencionó anteriormente, los dispositivos de disparo diferencial para protección de personal (ELCBs, RCDs y GFCIs que cumplen con las curvas de disparo de la Clase A de UL943 o equivalentes) son enormemente superiores a la puesta a tierra y unión solamente en la protección contra descargas eléctricas; de hecho, el NEC 2014 406.4(D)(2)(b) y (c) autorizan la protección GFCI como un sustituto de la presencia de un conductor de puesta a tierra del equipo cuando es poco práctico o no deseable reemplazar el cableado no conectado a tierra existente.

Además, en lo que respecta a conectar la red principal de un edificio a tierra - esto es necesario para proteger contra ciertos efectos de sobretensiones y rayos, aunque la unión del EGC funcionará muy bien sin un electrodo de puesta a tierra conectado a tierra de entrada de servicio, ya que los generadores portátiles utilizados "fuera de la red" están conectados de esta manera según las especificaciones de OSHA/... - las varillas de tierra no son el medio más efectivo para lograr esta tarea. En cambio, se utiliza lo que se conoce como una tierra de Ufer o más genéricamente como un "electrodo de tierra en concreto" encerrado. En este arreglo, la matriz de refuerzo de un objeto grande de concreto reforzado en contacto con el suelo, como los cimientos de un edificio, se une en lugar de clavar una varilla de tierra y conectar a eso. Esto está permitido para toda construcción en los EE. UU. según el NEC 250.52(A)(3), e incluso es requerido en nueva construcción en algunos códigos de construcción locales.