Cómo elegir el conductor del electrodo de tierra para corriente alterna

El conductor del electrodo de tierra es un componente esencial en los sistemas de corriente alterna conectados o no a tierra. ¿Pero cómo seleccionar el calibre adecuado para este conductor? En este artículo, te presentamos las reglas básicas y los requisitos para elegir el conductor del electrodo de tierra de manera sencilla y efectiva.

¿Estás buscando información sobre cómo seleccionar el calibre adecuado para el conductor del electrodo de tierra? ¡No te preocupes, aquí tienes las respuestas! Según la sección 250-66, hay una regla básica que debes seguir: el calibre del conductor del electrodo de tierra no debe ser menor que el que se indica en la tabla 250.66. Sin embargo, si no quieres complicarte con la tabla, te traigo tres reglas simples que te ayudarán. Cada una de ellas tiene tres partes y se aplica a un tipo específico de electrodo de tierra. ¡Vamos a descubrirlas juntos!

La primera regla se aplica a esos electrodos geniales, como las varillas, tuberías o placas. ¿Sabías que hay una segunda regla para los electrodos encajados en concreto? Y la tercera regla es exclusiva para los anillos de tierra. Ahora, la primera regla tiene algunos requisitos interesantes que debes tener en cuenta si tu sistema está conectado a tierra:

1. Esta regla va para los electrodos artificiales, los que mencioné antes, como las varillas, tubos o placas.


2. Solo necesitas una conexión entre el electrodo y el conductor que está conectado a tierra en tu sistema de tierra.


3. No hace falta que el calibre sea más grande que el número 6 de cobre.


4. Tampoco debe ser más grande que el número 4 de aluminio.

La segunda regla es para aquellos sistemas en los que el electrodo de tierra está encerrado en concreto. ¿Sabes qué? Solo necesitas una conexión entre el electrodo de tierra y el servicio. ¡No hace falta que el calibre sea mayor que el número 4 de cobre! Así de sencillo.

Y luego está la tercera regla, que aplica a los anillos de tierra. ¿Qué significa eso? Bueno, imagina que tienes una conexión a un anillo de tierra, y el conductor del electrodo de tierra es la única conexión que tienes hacia ese anillo. Aquí está la parte interesante: el conductor del electrodo de tierra no tiene que ser utilizado como un anillo en sí mismo. ¡No hay necesidad!

Es común preguntarse: ¿por qué se permite el uso de conductores de cobre número 6 o de aluminio número 4, sin importar el tamaño de los conductores de entrada? La respuesta es bastante interesante. Resulta que los conductores de esos calibres pueden llevar todos los electrones que el electrodo de tierra necesita disipar en la tierra durante un cierto período de tiempo. Es como si el electrodo de tierra fuera el "jefe" que establece el límite.

Pero aquí está la clave: cuando usamos un conductor muy grande, el electrodo de tierra no tiene la capacidad suficiente para permitir el flujo de electrones. ¿Qué hacemos entonces? ¡Necesitamos añadir un electrodo de tierra más extenso! Es como darle una mano al electrodo para que pueda hacer su trabajo de manera eficiente.

¡Y así de simple es la respuesta! Los conductores de cobre número 6 o aluminio número 4 son capaces de llevar la carga necesaria, mientras que el electrodo de tierra es el que marca la pauta. Pero cuando necesitamos más potencia, es momento de ampliar la extensión del electrodo de tierra. ¡La tierra nos tiene reservadas muchas sorpresas!

Existen algunos informes técnicos que consideraron la siguiente teoría al establecer el calibre máximo del conductor del electrodo de tierra. ¡Presta atención!

1. Se permite una falla eléctrica de duración máxima de 5 segundos.


2. Por cada 42.25 cmils (circular mils) de área en el conductor, se permite un ampere de corriente.


3. La caída de voltaje durante una falla máxima de corriente está limitada a 40 voltios por cada 30 metros (100 pies) de distancia.

La idea detrás del punto 3 es bastante interesante. Se basa en una teoría que dice que 42.25 cmils de un conductor de cobre pueden transportar un ampere de corriente durante 5 segundos. Pero ¡ojo! Después de ese tiempo, el conductor se destruye rápidamente. Es como si tuviera un límite de tiempo para su desempeño.

Voy a explicarte todo esto de manera sencilla. ¡Presta atención!

Imagina que tienes un conductor de cobre del número 6. Según el Código, capítulo 9, tabla 8, su área es de 26240 cmils. ¡Eso es bastante!

Ahora, aquí viene algo interesante. Según la teoría, por cada 42.25 cmils de área en el conductor, se permite pasar 1 ampere de corriente. Así que vamos a hacer los cálculos:

26240 cmils / 42.25 cmils = 621 amperes de corriente.

¡Es increíble cómo esos pequeños cmils pueden transportar tanta energía!

Pero eso no es todo. También tenemos que hablar de la resistencia. Según el Código, capítulo 9, tabla 8, la resistencia de un conductor de calibre del número 6 es de 0.491 ohms por cada 1000 pies. Pero vamos a simplificar las cosas y convertirlo en ohms por pie:

0.491 ohms / 1000 = 0.000491 ohms.

¡Así es, es una cantidad muy pequeña!

Ahora, si tenemos 30 metros (o 100 pies) de conductor, podemos calcular la resistencia:

0.000491 ohms x 100 = 0.0491 ohms.

Esa es la resistencia de 30 metros de conductor.

¿Y qué pasa con la caída de voltaje? Bueno, eso depende de la corriente y la resistencia. Vamos a calcularlo:

Caída de voltaje = amperes x ohms

Caída de voltaje = 621 amperes x 0.0491 ohms = 30.5 voltios.

¡Eso es lo que se llama eficiencia!

En resumen, todo esto nos dice que un conductor de cobre del número 6 puede transportar 621 amperes de corriente durante 5 segundos sin que haya una caída de voltaje mayor a 40 voltios por cada 30 metros (o 100 pies). ¡Eso es genial!

Esperemos que cualquier falla se solucione en esos 5 segundos, porque después de eso, las cosas podrían ponerse un poco complicadas. Pero no te preocupes, en el mundo de la electricidad siempre hay soluciones y maneras de mantener todo en orden. ¡Sigamos aprendiendo y explorando este fascinante mundo de la energía!

Vamos a adentrarnos en las reglas básicas que rigen los sistemas de alimentación conectados y no conectados a tierra. ¡Presta atención a la figura 5-5 para visualizarlo mejor!

Ahora, aquí vienen las excepciones que debemos tener en cuenta:

1. Estas reglas aplican únicamente a los electrodos que están incrustados en concreto. No se aplica a otros tipos de electrodos, así que mantén eso en mente.


2. Otra cosa importante es que se realiza una sola conexión al electrodo de tierra. Es decir, no hay complicaciones innecesarias, solo una conexión directa y lista.


3. Y por último, el conductor de electrodo de tierra debe ser de cobre. No se permiten otros materiales en esta situación.

Ahora bien, cuando se utiliza un electrodo complementario junto con un electrodo incrustado en concreto, necesitamos un conductor de cobre de un calibre máximo del número 4 AWG. Eso es lo que se requiere para mantener todo en orden y garantizar un sistema de alimentación seguro.

Ahora, presta mucha atención a lo siguiente, porque te contaré cómo puedes aprovechar una excepción muy útil.

Imagínate que estás instalando un electrodo de tipo anillo de tierra. Pues bien, aquí es donde entra en juego esta excepción. Resulta que, en este caso, no necesitas utilizar un conductor de electrodo de tierra tan grande como lo requeriría la tabla 250-66 del Código.

Veamos algunos requisitos clave para estos electrodos en forma de anillo:

1. Estos requisitos aplican exclusivamente a los electrodos en forma de anillo de tierra. Así que asegúrate de tener uno de esos.


2. Solo necesitas una conexión. Es decir, no te preocupes por complicaciones innecesarias. Con una conexión, es suficiente.


3. El calibre del conductor del electrodo de tierra no tiene que ser más grande que el del anillo de tierra. Aquí es donde entra en juego el número 2. Según la sección 250-130(d) del Código, un conductor de cobre de calibre 2 es suficiente.


4. En esta situación, solo se permite el uso de cobre como conductor del electrodo de tierra. Otros materiales no son apropiados.

Ahora, aquí viene algo interesante: cuando calibramos conductores eléctricos, la ampacidad del conductor es el aspecto más importante a considerar. Sin embargo, ¡eso no ocurre cuando se trata del conductor del electrodo de tierra! Su tamaño depende exclusivamente de su sección transversal.

Recuerda, estas excepciones te brindan una oportunidad de utilizar un conductor de electrodo de tierra más pequeño cuando estás instalando un electrodo en forma de anillo de tierra. ¡Aprovecha esta información para lograr una conexión segura y eficiente!
Ahora, vamos a adentrarnos en un caso específico que nos ayudará a entender mejor las reglas. Echa un vistazo a la imagen que ilustra este escenario.

Imagínate que tienes un conductor de cobre de 500 kcmil para la acometida, es decir, para la entrada de energía. También tienes un conductor de electrodo de tierra hecho del mismo material. En este caso, aplicamos la regla general.

Para determinar el calibre del conductor del electrodo de tierra, simplemente consultamos la tabla 250-66. En este caso, nos encontramos con que el calibre necesario es el número 1/0 para el cobre.

Así que ya sabes, cuando estés en esta situación en particular, ¡asegúrate de utilizar un conductor del electrodo de tierra del calibre correcto! En este caso, ese calibre sería el número 1/0 para el cobre.

Vamos a explorar un par de situaciones que nos ayudarán a entender cómo determinar el tamaño del conductor del electrodo de tierra. Presta atención a la imagen que te mostraré.

En esta imagen, podemos observar conductores de cobre de 350 kcmil que forman parte de la acometida de un sistema de alimentación conectado a tierra. Como estamos utilizando un conductor para el electrodo, aplicaremos la regla básica. ¿Qué implica esto? Pues bien, el tamaño del conductor del electrodo de tierra se selecciona directamente de la tabla 250-66. En este caso, para nuestro sistema, necesitaremos un conductor de cobre para el electrodo de tierra de calibre número 2.

Ahora, imagina que en lugar de utilizar conductores de cobre en el sistema conectado a tierra, tenemos conductores de aluminio de calibre número 4/0 para la entrada de servicio. En este escenario, utilizaremos un conductor de electrodo de tierra de aluminio. De nuevo, aplicamos la regla básica y consultamos la tabla 250-66 para determinar el tamaño del conductor de electrodo de tierra. En este caso, utilizaríamos un conductor de electrodo de tierra de aluminio de calibre número 2.

Echemos un vistazo a la figura que nos muestra cómo se utilizan los conductores de entrada de servicio en paralelo para un sistema conectado a tierra. Podemos observar dos conductores de cobre en paralelo de calibre 4/0 por cada fase. En este caso, también utilizaremos un conductor de cobre para el electrodo de tierra.

Para calcular el área total en circular mils de los conductores de entrada de servicio, recurrimos a la tabla 8 del Código, que nos proporciona las propiedades de los conductores. Siguiendo la regla básica, multiplicamos el área de un conductor de calibre 4/0 (211600 cmil) por 2, ya que tenemos dos conductores en paralelo. Esto nos da un total de 423200 cmil de área transversal para cada fase.

4/0 = 211600 cmil x 2 conductores = 423200 cmil

Ahora, para determinar el calibre del conductor del electrodo de tierra, consultamos directamente la tabla 250-66. En la imagen, podemos ver que utilizaremos un conductor de cobre de calibre número 1/0. Es importante destacar que el subtítulo de la tabla 250-66 nos indica que se trata del "Calibre Equivalente para Conductores en Paralelo".

Echemos un vistazo a la imagen que nos muestra el uso de conductores de entrada de servicio en paralelo en un sistema conectado a tierra. Podemos observar que el área de la sección transversal de estos conductores excede el valor máximo que se muestra en la tabla 250-66. En este caso, la acometida o servicio consta de tres conductores de cobre de 600 kcmil por cada fase, y también se utiliza un conductor de cobre para el electrodo de tierra.

Cuando multiplicamos 600 kcmil por 3, obtenemos un total de 1800 kcmil por fase.

3 x 600 kcmil = 1800 kcmil por fase.

Este valor excede los 1100 kcmil que se indican como el área equivalente en la tabla 250-66. Si nos fijamos en la imagen, podemos ver esta tabla, donde en la última línea, bajo la columna "Cobre", se establece que los conductores de cobre que exceden los 1100 kcmil no necesitan ser de un calibre mayor al número 3/0.

En la imagen que se muestra, podemos ver un servicio de tres fases con una tensión de 480 voltios y tres hilos, que no está conectado a tierra. Cada fase utiliza un conductor de servicio de 750 kcmil. Pero aquí está la cuestión: el sistema de alimentación no tiene ningún conductor conectado a tierra. Sin embargo, la sección 250-66 establece que tanto los sistemas conectados como los no conectados a tierra deben tener un conductor de electrodo de tierra.

Si nos fijamos en la imagen, podemos ver que el calibre del conductor del electrodo de tierra se obtiene directamente de la tabla 250-66 y es de 2/0 para el cobre. Es interesante destacar el título de esta tabla: "Selección del calibre del conductor del electrodo de tierra para sistemas de corriente alterna". Aquí, el término "sistemas de corriente alterna" engloba tanto los sistemas conectados a tierra como los no conectados.

Ahora bien, si tuviéramos un servicio trifásico de 480 voltios, de tres hilos, no conectado a tierra, pero con tres conductores en paralelo de 750 kcmil por fase, y utilizáramos un conductor de aluminio para el electrodo de tierra, la historia sería ligeramente diferente.

Si multiplicamos 750 kcmil por 3 conductores, obtenemos un total de 2250 kcmil por fase.

750 kcmil x 3 conductores = 2250 kcmil por fase.

Este valor supera el tamaño máximo listado para los conductores de aluminio en la tabla. Por lo tanto, el conductor de electrodo de tierra sería de 250 kcmil.

La imagen nos muestra un sistema trifásico de 240/120 voltios, tipo delta, que está conectado a tierra. En este caso, se utilizan conductores de cobre. Para la terminal de alto voltaje en configuración delta, se emplea un conductor de calibre 2/0. Las otras dos fases utilizan conductores de 500 kcmil, mientras que el neutro es de calibre 4/0. Ahora, ¿cómo determinamos el tamaño del conductor del electrodo de tierra? Pues, lo calculamos en base al tamaño del conductor de entrada de servicio, que en este caso es de 500 kcmil. Mirando la tabla 250-66, podemos obtener directamente el calibre del conductor de cobre para el electrodo de tierra, que en este caso es número 1/0.

Ahora, imaginemos que en lugar de cobre, utilizamos aluminio para los conductores de entrada de servicio, es decir, para la acometida. Y para el conductor del electrodo de tierra, seguimos utilizando cobre. En este caso, estamos hablando de un sistema trifásico de tres hilos y 480 voltios, con un conductor de aluminio de 750 kcmil por fase. Para determinar el calibre del conductor de entrada de servicio, nos fijamos en la columna "aluminio" de la tabla, y para el conductor del electrodo de tierra, recurrimos a la columna "cobre". En este caso, el conductor del electrodo de tierra sería de cobre, de calibre 1/0, según lo establece la tabla 250-66.

Ahora bien, cuando tenemos más de un grupo de conductores de acometida, la sección 230-40, excepción 2, nos permite establecer las dimensiones del conductor del electrodo de tierra en función del calibre del conductor de acometida de mayor tamaño.

Observa la imagen que nos muestra tres grupos diferentes de conductores de acometida. Todos estos conductores son de cobre y cada uno suministra un servicio trifásico de tres hilos a 480 voltios. Ahora bien, ¿cómo determinamos el calibre del conductor de electrodo de tierra en esta situación? Pues, aquí es donde entran en juego las notas de la tabla 250-66.

Si sumamos los tamaños de los conductores que tenemos, obtendremos un total de 1,061,600 circular mils (cmil), lo que equivale a 1,061.6 thousand circular mils (kcmil). Ahora, recurriendo a la tabla 250-66, podemos encontrar directamente el tamaño del conductor de electrodo de tierra de cobre, y en este caso sería el calibre 2/0.

Uno de los conductores de 500 kcmil......500000 cmil
Uno de los conductores 4/0......................211600 cmil
Uno de los conductores 350 kcmil...........350000 cmil
Total........................................................1061600 cmil

1061600 cmil = 1061.6 kcmil

Echemos un vistazo a la imagen que nos muestra dos grupos de conductores de acometida suministrados por un transformador trifásico. En este caso, el transformador está configurado en delta con una terminal de alto voltaje. Ahora, ¿qué tipo de servicios se están suministrando a través de estos conductores?

Uno de los grupos de conductores de entrada se encarga de suministrar un servicio de 120/240 voltios para el alumbrado, mientras que el otro grupo proporciona un servicio trifásico de 240 voltios para la potencia. Si calculamos los tamaños de los conductores en estos grupos, encontramos que para la alimentación general, tenemos dos conductores de 300 kcmil, lo que nos da un total de 600,000 circular mils (cmil). Para el alumbrado, utilizamos un conductor de calibre número 2, que tiene un tamaño de 66,360 cmil.

Alimentación general, 2 x 300 kcmil = 600000 cmil
Alumbrado calibre número 2 = 66360 cmil

Ahora bien, es importante consultar el Código y, en este caso, la tabla 250-66, para determinar el calibre del conductor de electrodo de tierra. De acuerdo con la tabla, se requiere un conductor de cobre con un calibre 2/0.

Recuerda siempre verificar las normativas y reglamentos aplicables para asegurar la correcta instalación de los conductores y garantizar un sistema eléctrico seguro y eficiente. ¡La electricidad nos ofrece un mundo fascinante por descubrir!