Equipotencial y Toma de Tierra. Parte 1 de 2

En anteriores posts del compañero Tomás Pérez Manrique ya se ha tratado con detalle la toma de tierra e incluso se ha ilustrado con experiencias prácticas.

El objeto de estos artículos sería relacionar la toma de tierra con el concepto de equipotencial, analizando sus diferencias y cómo actúan conjuntamente a la hora de reducir los campos eléctricos originados en la instalación eléctrica de los edificios.

Para ello, antes de “meternos en harina” me gustaría introducir unos cuantos términos.

El primero es el de campo eléctrico. La manera de entender este concepto es imaginar una carga puntual con una carga “q” sobre la que otra carga dada ejerce una fuerza. Podríamos considerar que esa fuerza es como una fuerza de “acción a distancia”, esto es, como una fuerza que actúa a través del espacio vacío sin necesidad de ningún medio material (como una cuerda o una barra) para transmitirse a través del espacio.

En otras palabras, una carga eléctrica crea una acción que denominamos campo eléctrico en cualquier zona del espacio. Ese campo se manifiesta a través de una fuerza que es la que se ejerce sobre otra carga colocada en el radio de acción de ese campo.

El campo eléctrico intenta equilibrar la diferencia de potencial entre ambas cargas.

campoeléctricoEQUIPOTENCIALIDAD_imag01

También es importante que entendamos cómo se comportan los materiales conductores, aquellos que ofrecen poca resistencia al movimiento de una carga eléctrica. Cuando cargamos un objeto positivamente es porque ha cedido parte de sus electrones a otro. La carga total de ambos objetos se conservará y la carga que pierda uno la ganará otro. Por tanto, en cualquier proceso de carga, ésta no se crea ni se destruye, sólo se transfiere de un cuerpo a otro.

Además, estos materiales son capaces de “cargarse” cuando están afectados por un campo eléctrico, y conducir esta carga ya que éstas pueden moverse por estos materiales con bastante facilidad, lo que hace posible su “descarga”. Y ¿cómo se produce ésta?, pues a través de la toma de tierra.

¿Cómo funciona la red equipotencial del edificio?

La equipotencialidad consiste en equilibrar las cargas de los materiales conductores existentes en el edificio, con lo que desaparecen las diferencias de potencial origen de los campos eléctricos alternos, uno de los factores de riesgo más críticos para la salud en el hábitat.

Este equilibro se establece a través de conductores (un medio material), como una red de vasos comunicantes que logran un nivel común de carga de todos los elementos conductores que encontramos en la vivienda (como por ejemplo radiadores, cocinas, fregaderos metálicos, estructuras metálicas, etc.).

Para ello, se conectan estos elementos a través de cables conductores (color verde-amarillo) en un punto común. Esto se hace según un esquema en estrella, con el fin de evitar una conexión en serie que cargaría innecesariamente ciertos elementos intermedios.

Es interesante observar cómo en un edificio existen diferentes niveles de equipotencialidad, desde

  • la red equipotencial de una estancia como el cuarto de baño donde existen varios elementos conductores,
  • pasando por la equipotencialidad de la vivienda,
  • del edificio,
  • del edificio con el pararrayos,

hasta llegar al borne principal de tierra donde se conectan los conductores equipotenciales principales para posteriormente mediante una línea de enlace efectuar la puesta a tierra, siguiendo un esquema de este tipo:

EQUIPOTENCIALIDAD_imag02

He intentado sintetizar las instrucciones técnicas que contempla el REBT en el siguiente esquema, que corresponde a un edificio de viviendas:EQUIPOTENCIALIDAD_imag03

 1) Masas: Conjunto de las partes metálicas de un aparato que, en condiciones normales, están aisladas de las partes activas.

2) Elementos conductores: Todos aquellos que pueden encontrarse en un edificio, aparato, etc. y que son susceptibles de transferir una tensión, tales como: estructuras metálicas o de hormigón armado utilizadas en la construcción de edificios (p.e. armaduras, paneles, carpintería metálica, etc.), canalizaciones metálicas de agua, gas, calefacción, etc. y los aparatos no eléctricos conectados a ellas, si la unión constituye una conexión eléctrica (p.e. radiadores, cocinas, fregaderos metálicos, etc.), suelos y paredes conductores.

fuente: [1]

El Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (REBT) diferencia entre dos tipos de conductores que sirven para establecer esta red equipotencial; los conductores de protección (PE o CP) que conectan las masas (partes metálicas de un aparato eléctrico no conectadas a la corriente, como puede ser la carcasa de la lavadora) con el borne de puesta a tierra o regleta equipotencial,  y los conductores de equipotencialidad (CEP o CES) que conectan los elementos conductores ajenos a la instalación eléctrica (armaduras, carpinterías metálicas, conducciones metálicas, apantallamientos, etc) con el mismo borne de puesta a tierra.

A efectos prácticos no existe gran diferencia entre ellos, ya que ambos tienen el mismo color del aislamiento, verde-amarillo, y se conectan en la misma regleta, pero en el caso de que llevemos a cabo un apantallamiento con elementos conductores (planchas, telas, pinturas, fieltros,etc.) susceptibles de cargarse eléctricamente es importante saber cuál es la función del cable que se conecta a estas superficies y cómo llevar a cabo estas conexiones.

De esta manera, la conexión equipotencial de un baño se podría efectuar según el siguiente esquema:

fuente: [1]EQUIPOTENCIALIDAD_imag04

En el caso del baño, hay que mencionar que aunque las conducciones no sean metálicas, las conexiones con la grifería se establecen con el fin de prevenir la transferencia de una posible tensión a través del agua.

Sin embargo, no es aconsejable efectuar estas conexiones en el baño cuando no disponemos de una toma de tierra de máxima calidad, es decir, que para que no haya problemas la tierra del edificio debería tener una resistencia menor de 6 Ohms.

Estos problemas consisten en que se pueda producir un pequeña descarga al tocar los grifos, pues aunque se garantiza la equipotencialidad con el resto de las masas y elementos conductores, puede que exista una pequeña tensión al no poder derivar el potencial a cero debido a una elevada resistencia de la toma de tierra del edificio.

Este consejo sería aplicable a todos aquellos elementos metálicos conductores ajenos a la instalación eléctrica conectados al equipotencial de la casa cuando sean accesibles y puedan dar lugar a tensiones de contacto, como por ejemplo un radiador metálico con conductos de agua caliente también metálicos.

El siguiente nivel equipotencial correspondería a la vivienda, donde la conexión equipotencial se encuentra normalmente en el cuadro eléctrico:

EQUIPOTENCIALIDAD_imag05

 Imagen 1: Fotografía del cuadro eléctrico de una vivienda construida en el 2013

EQUIPOTENCIALIDAD_imag06

Imagen 2: Fotografía del cuadro eléctrico de una vivienda con más de 20 años de antigüedad

En este caso el sistema es similar, los diferentes conductores de protección asociados a cada circuito eléctrico y los de equipotencialidad (ambos de color verde amarillo) se unen como un racimo en el borne de conexión equipotencial y de allí, a través de un conductor de mayor sección o derivación de línea de tierra se conecta al siguiente nivel de equipotencialidad, que sería el del edificio.

Esta equipotencialidad del edificio se establece a través del Borne principal de tierra o punto de puesta a tierra, al cual deben unirse los conductores siguientes:

Los conductores de tierra o línea de enlace con el electrodo de puesta a tierra.

Los conductores de protección (PE o CP), que unen eléctricamente las masas de una instalación a ciertos elementos con el fin de asegurar la protección contra contactos indirectos.

Los conductores de unión equipotencial principal (CEP),conectados a las partes metálicas de los depósitos de gasóleo, de las instalaciones de calefacción general, de agua, gas canalizado y antenas de radio y televisión, así como instalaciones con equipos de tecnología de la información.

Los conductores de puesta a tierra funcional, si son necesarios

(Tal y como establece el REBT-ITC-BT-18: Instalaciones de Puesta a Tierra) 

EQUIPOTENCIALIDAD_imag07

 Imagen 3: Fotografía de un borne principal de tierra o regleta equipotencial  en un edificio de 2 viviendas.

El pararrayos tiene una toma de tierra independiente y una conexión a la toma de tierra general del edificio mediante un vía de chispas con el fin de asegurarnos una buena equipotencialidad.

El vía de chispas es un dispositivo diseñado para separar eléctricamente los elementos metálicos que no deben tener contacto eléctrico durante su funcionamiento en condiciones normales, al producirse una sobretensión (descarga de un rayo) se establece una conexión temporal entre los elementos, con el fin de asegurarnos una buena equipotencialidad.

EQUIPOTENCIALIDAD_imag08

fuente: [2]

Cuando ya se ha establecido la equipotencialidad de todo el edificio, el siguiente paso sería efectuar la puesta a tierra, que trataremos en el siguiente post junto con un análisis del funcionamiento de ambos sistemas combinados, no sin antes recapitular lo reflejado anteriormente con un ejemplo que nos ayudará a entender de manera fácil el concepto de equipotencialidad.

Se trata de la jaula o caja de Faraday, que aunque en numerosas ocasiones se utiliza para ilustrar el apantallamiento de altas frecuencias, en este caso nos interesa por su comportamiento cuando está expuesta a un campo eléctrico externo, estático como un rayo o de baja frecuencia como la instalación eléctrica de un edificio.

Faradayscher_Kaefig_DeuMusEQUIPOTENCIALIDAD_imag09

La jaula está hecha de material conductor y su característica clave es que evita que cargas externas induzcan campos eléctricos dentro del volumen que encierra.

En el interior de la jaula no hay campo eléctrico, y si no hay campo eléctrico entonces tampoco puede haber una diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera del recinto, condición necesaria para que una carga eléctrica se desplace.

Un coche en medio de una tormenta eléctrica funciona como una jaula de Faraday y en su interior estamos libres de campo eléctrico. Pero este ejemplo es “peligroso”, ya que las ruedas sirven como aislante con el suelo. Debido a ello, el coche retendrá algo de electricidad con el riesgo de sufrir una descarga por contacto.

Por ello la importancia de la toma de tierra combinada con el equilibrio de las cargas, que desarrollaremos en el siguiente post. Mientras tanto, espero que sigáis disfrutando del verano…

[1] Instituto Español de Baubiologie IEB. (2011). Instalaciones eléctricas. Segunda edición actualizada. Teruel. Edición EcoHabitar. 2014
[2] Instalación básica de un pararrayos (2009). Extraído el 11 de agosto de 2014, de http://antenasgame.com/wp-content/uploads/2015/03/instalacion_basica_pararrayos.pdf

Burgos, 1 de agosto de 2015
Silvia de Santos García
Arquitecta y Especialista en Mediciones de Baubiologie por IBN-IEB.

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Acerca de Silvia de Santos García

Arquitecta. Máster en Bioconstrucción. Especialista en medición de radiaciones, tóxicos y contaminación microbiológica IEB-IBN
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