La referencia a tierra es sólo para medidas de seguridad. El sistema eléctrico de distribución y el equipo que alimenta no requieren la puesta a tierra para operar en forma apropiada. Un avión, por ejemplo, transporta y utiliza una gran cantidad de equipos eléctricos y electrónicos. Estos equipos operan sin ninguna referencia a tierra. Los sistemas de control para las estaciones generadoras de energía eléctrica también flotan ―no tienen referencia a tierra. Entonces ¿por qué es muy importante una tierra correcta y efectiva?
Los detectores de tierra en los sistemas eléctricos de ciertas industrias, tales como la del acero, se usan para avisar al personal que hay un cortocircuito en las fases, que pasó inadvertido, o un cortocircuito entre el conductor neutro y la tierra. Esto es con objeto de eliminar la falla controlada para no interrumpir ciertos procesos que pueden presentar peligros si se interrumpen de forma instantánea.
El Código permite sistemas no conectados a tierra, bajo condiciones muy específicas y rígidas. Sin embargo, casi todos los sistemas eléctricos se conectan a tierra y es obligatorio hacerlo.
Consecuencias de una descarga eléctrica
En instalaciones eléctricas se puede observar algunos avisos como:
PELIGRO, ALTO VOLTAJE
¿Qué le sucede a una persona cuando recibe una descarga eléctrica? ¿Qué es lo que causa el daño, el voltaje o la corriente? Si el voltaje es bajo, en el rango de 120/208 V, la corriente provoca la mayor parte del daño. Si el voltaje es alto, ambos factores provocarán daños a la persona.
La circulación de corriente por un aparato calefactor, el cual es un elemento puramente resistivo, produce calor. Asimismo, si una corriente eléctrica circula por el cuerpo humano, también produce calor y éste es el que causa daños en el cuerpo.
La presión en un circuito eléctrico es el voltaje, el cual origina una corriente y también puede producir una explosión. A menudo cuando una persona se expone a un voltaje alto, ocurre una explosión en el punto donde la corriente sale del cuerpo. Entre más alto sea el voltaje, existen mayores probabilidades de que circulen corrientes debido a la baja resistencia del cuerpo humano.
Los conductores a tierra deben conectar todas las armaduras del equipo, chasis y partes metálicas a un punto común. Esto limita el voltaje que puede estar presente en las partes metálicas de cualquier equipo, a un nivel seguro para la protección del personal. Es otra razón del por qué es muy importante una tierra correcta y efectiva.
Consecuencias de una corriente de falla
Cualquier diferencia de voltaje entre los dos terminales de un conductor de tierra de seguridad (de conexión a tierra), nunca deberá exceder una fracción de volts a frecuencias de potencia de 50 o 60 Hz. La excepción a esta regla ocurre durante una condición de falla a tierra. Y debería existir el tiempo suficiente para permitir que el elemento termomagnético del dispositivo de protección (interruptor automático o fusible), interrumpa el suministro de energía. Tal falla a tierra quizá la cause un error en el aislamiento o en un componente del equipo. O una falla en el conductor que suministra la energía.
Ver también: Qué es la resistencia pura al flujo de corriente
El conductor metálico o el conductor de tierra no están destinados a transportar cualquier porción de carga normal de corriente. Su función es la de transportar corrientes de falla solamente. Sin embargo, las corrientes de fuga y ruido eléctrico pueden estar presentes en condiciones normales de operación, aunque no deben exceder de 0.2 amperes. Las normas de seguridad para corrientes de fuga, de un solo equipo de acuerdo con los laboratorios UL, indican que su valor no puede exceder de 0.5 miliamperios (UL 544).
A frecuencias de alimentación, el nivel de voltaje de 30 volts rms (valor medio cuadrático) es comúnmente el especificado como límite máximo de seguridad para el contacto humano. Una exposición momentánea por encima de este valor durante el tiempo que toma un fusible o un interruptor para aclarar la falla, puede provocar un daño significativo.
Por qué es muy importante una tierra correcta y efectiva
Ante altas frecuencias e impulsos de corta duración el cuerpo humano puede tolerar voltajes y corriente mucho más altos que los de frecuencia de potencia. Por fortuna, estos límites aumentan al incrementarse el contenido de la frecuencia y la caída de voltaje para una corriente de fuga o ruido determinados. Esto se debe a que la impedancia depende de la frecuencia. Y cuanto mayor es la frecuencia, mayor es la impedancia u oposición al flujo de corriente. Y por consiguiente, menor la corriente que circulará por el cuerpo.
Las señales de voltaje de altas frecuencias e impulsos desde 150 hasta 200 volts aparecen regularmente en conductores de tierra asociados con voltajes de circuitos de 120 volts. Sin embargo, su duración usualmente se mide en microsegundos y en general no se detectan al contacto.
El conductor de tierra de seguridad, o conductor de conexión a tierra, debe ser lo suficientemente grande para transportar la corriente apropiada. Y debe permitir el disparo del interruptor de seguridad en caso de falla. Por esta razón, la impedancia de la trayectoria a tierra, entre cualquier receptáculo eléctrico y el X0 del transformador ―la trayectoria total de ida y vuelta de la impedancia de un conductor a tierra y el conductor neutral― no debe exceder de 2 ohms a 120 volts de corriente alterna.
La lectura de un amperímetro de inserción en cualquier conductor de conexión a tierra debe indicar cero amperes, pero en operaciones normales circularán pequeñas corrientes de fuga o corrientes inducidas. Cualquier lectura que exceda los 0.2 amperes debe ser preocupante y es preciso encontrar y eliminar la causa.
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