Conexión a tierra, tierra y seguridad eléctrica

La conexión a tierra (toma de tierra o puesta a tierra) constituye una vía de retorno común para la corriente eléctrica de un circuito eléctrico

La toma de tierra es necesaria por seguridad eléctrica y también constituye un punto de referencia en un circuito para medir las tensiones.

En general, hay tres tipos de conexión a tierra, que son: tierra (física), tierra de chasis (o masa) y toma de tierra.

  • La tierra es una conexión física directa con la tierra. Normalmente se hace poniendo una barra de cobre (pica de tierra) en la tierra del suelo. Pero dependiendo de la edad y la ubicación del sistema, también puede ser una placa o tira de cobre enterrada en la tierra, o la red de suministro de agua o las tuberías del agua de una casa.

  • La tierra de chasis o masa es una conexión a una estructura metálica como la de un vehículo o el casco metálico de un barco. También puede ser la carcasa metálica del equipo eléctrico.

  • La conexión a tierra es un punto de referencia común para la medición de tensiones en un circuito. Como resultado, una tensión puede estar por encima de tierra (positiva) o por debajo (negativa).

Seguridad eléctrica

La electricidad es peligrosa, puede matar, herir o quemar a una persona. La parte más peligrosa de la electricidad es la corriente. Una pequeña corriente que pase por una persona ya puede ser muy peligrosa. Véase la tabla de la derecha.

La corriente fluirá en cuando se cierre un circuito eléctrico.

Por ejemplo, imagine dos cables de CA sueltos: uno con corriente y uno neutro. Si los cables solo estén ahí no pasará ninguna corriente porque el circuito no estará cerrado. Pero si toca un cable con corriente con una mano y el neutro con la otra, usted mismo cierra el circuito y la electricidad pasará por el cable con corriente de vuelta al cable neutro a través de su cuerpo y de su corazón. La corriente seguirá fluyendo hasta que el fusible se funda, pero para entonces, probablemente ya esté muerto.

Aparte de tocar un cable neutro y uno con corriente al mismo tiempo, hay otras situaciones peligrosas que pueden producirse, por ejemplo cuando la electricidad pasa por la tierra. Esto caso es más habitual que el de que alguien toque un conductor de fase y uno neutro al mismo tiempo.

El conductor neutro está conectado a tierra en algún punto. Esto puede ser en la instalación doméstica, en la red de distribución o en el generador de energía (punto estrella).

Si hay un fallo en el equipo eléctrico, las partes metálicas del exterior de ese equipo pueden pasar a tener corriente. Esto puede pasar si hay un atajo interno entre la electricidad activa y la carcasa metálica del equipo.

Piense, por ejemplo, en una lavadora que no funciona bien. Puede que se deba a un fallo eléctrico, a un daño mecánico o a cables eléctricos dañados que estén tocando la carcasa metálica del equipo eléctrico.

En cuanto toque la lavadora averiada, la electricidad pasará de la fase a la carcasa metálica y a la tierra a través de su cuerpo. Desde la tierra la electricidad fluirá hasta el neutro del suministro de la red. El circuito está completo.

La electricidad seguirá fluyendo hasta que se funda el fusible de suministro de la red. Pero como en la situación anterior, para entonces probablemente ya esté muerto.

Para que las instalaciones eléctricas fueran más seguras, se introdujo el conductor de tierra. El conductor de tierra conecta la carcasa metálica a la tierra.

Ahora. Si usted toca el equipo averiado, la electricidad pasará por el conductor de tierra y no por su cuerpo. Esto es así porque la electricidad elige el camino de menos resistencia. El camino que atraviesa su cuerpo y la tierra es más resistivo que el que va por el conductor de tierra. Pero tenga en cuenta que aún es posible que una pequeña cantidad de corriente pase por una persona. Una corriente de más de 30 mA ya es peligrosa.

Solo un conductor de tierra no es suficiente. También se necesita un interruptor diferencial (ID) en la instalación. Puede consultar más información sobre interruptores diferenciales en el apartado Interruptor diferencial (ID).

Cableado a tierra

Los cables de tierra o de toma de tierra son amarillos/verdes. En instalaciones más antiguas y en otros países también puede encontrarse con cable verde.

Un buen cableado de tierra es fundamental para la seguridad eléctrica. Las conexiones de cable y de tierra han de tener baja resistencia eléctrica.

Recuerde que la electricidad irá por el camino de menos resistencia. De modo que tiene que asegurarse de que el cable de tierra es lo suficientemente grueso y de que las conexiones están bien apretadas.

El cable de tierra puede tener corrientes elevadas cuando hay equipos defectuosos, y ha de poder llevar esta corriente hasta que se funda el fusible del sistema. Así que es importante que el cable de tierra sea lo suficientemente grueso.

Interruptor diferencial (ID)

La electricidad puede ser muy peligrosa. Incorporar un conductor de tierra a un sistema hace que sea más seguro, pero las instalaciones pueden ser aún más seguras con un interruptor diferencial (ID).

Su uso es obligatorio en todas las instalaciones de CA.

El ID detecta que la electricidad está pasando a la tierra y se desconecta inmediatamente. La electricidad irá a la tierra si hay un fallo en el sistema o, lo que es más importante, cuando la corriente esté pasando por una persona. Los ID están diseñados para desconectarse en cuanto se detecta un flujo de corriente hacia la tierra.

Los interruptores diferenciales se pueden denominar con diferentes siglas, según sus nombres en inglés:

  • Dispositivo de corriente residual (RCD) Disyuntor de corriente residual (RCCB).

  • Interruptor de circuito por corriente de pérdida a tierra (GFCI).

  • Interruptor por corriente de pérdida a tierra(GFI).

  • Interruptor de corriente de fuga del aparato (ALCI).

  • Interruptor de seguridad.

  • Dispositivo de fuga a tierra

Un ID mide el equilibrio de corriente entre el conductor de fase y el neutro. El dispositivo abrirá su contacto cuando detecte una diferencia de corriente entre la fase y el neutro.

En un sistema seguro las corrientes de suministro y de retorno deben sumar cero. Si esto no es así, hay un fallo en el sistema, la corriente se está fugando a algún sitio en la tierra o a otro circuito.

Los ID están diseñados para evitar accidentes por electrocución gracias a la detección de esta fuga de corriente, que puede ser mucho más pequeña (normalmente 5 - 30 miliamperios) que las corrientes necesarias para activar disyuntores o fusibles convencionales (varios amperios). Están pensados para actuar en 20 - 40 milisegundos Este periodo de tiempo es inferior al necesario para que la descarga eléctrica haga que el corazón llegue a fibrilación ventricular, la causa más frecuente de muerte por descarga eléctrica.

Un sistema seguro protege contra cortocircuitos, sobrecargas y corrientes de fuga de tierra.

La detección de fugas de tierra solo es posible en sistemas en los que el conductor neutro está conectado al conductor de tierra, como un sistema TN o TT. No es posible detectar fugas a tierra en una red IT.

Dónde montar un ID

En una instalación eléctrica, el ID debe montarse antes de las cargas. En realidad, esto significa que el ID tiene que montarse antes de separar la instalación en dos grupos diferentes. Si se usa un inversor o un inversor/cargador, el ID tendría que situarse después, de lo contrario no habría protección de tierra cuando el inversor esté funcionando. Los consumidores eléctricos que solo funcionan cuando están conectados a la toma del puerto, necesitarán su propio ID.

Disparo accidental del ID

En algunas instalaciones, el ID saltará antes de tiempo. Esto puede deberse a lo siguiente:

  • El sistema tiene un enlace MEN doble (neutro a tierra) y esto hará que el ID salte debido a una diferencia de potencial en la tierra.

  • El sistema tiene equipo que introduce una pequeña cantidad de fuga de tierra neutra 'por debajo del umbral', pero el efecto acumulativo puede ocasionar activaciones impredecibles del ID. Algunos de los aparatos que suelen dar problemas y que es conveniente comprobar y desconectar en primer lugar cuando surjan problemas son: compresores de refrigeradores antiguos y calentadores eléctricos (debido a su propio diferencial de tierra de la pica a tierra principal).

Enlace neutro a tierra en inversores e inversores/cargadores

Una fuente de alimentación CA ha de tener un neutro a tierra (enlace MEN) para que el ID pueda funcionar.

Este es el caso para la red, pero también si la fuente de CA es un generador o un inversor.

  • Si la fuente de alimentación de CA es la red, el enlace MEN estará conectado en el panel de control en el punto en el que la red entra en la instalación.

  • Si la fuente de alimentación de CA es un generador, el enlace MEN estará conectado en las terminales de conexión de CA del generador.

  • Si la fuente de alimentación de CA es un inversor, el enlace MEN estará conectado en la conexión de CA del inversor o en el panel de control de la instalación.

Pero cuando se usan unidades combinadas de inversor/cargador, el enlace MEN no es tan sencillo.

El inversor/cargador tiene dos modos de funcionamiento diferentes:

  • En modo inversor funciona como un inversor independiente y es la principal fuente de alimentación del sistema.

  • En modo cargador se alimentará a través de la energía de la red o del generador en el sistema.

Cuando el inversor/cargador esté invirtiendo y actuando como fuente de alimentación, tendrá que hacer un enlace MEN independiente. Pero cuando esté alimentado a través de un generador o del suministro de la red, el suministro entrante tendrá que tener el enlace MEN en lugar del inversor/cargador.

Los inversores/cargadores de Victron incluyen un relé de tierra interno. Este relé automáticamente hace o rompe la conexión entre tierra y neutro.

El inversor /cargador está en modo cargador y alimentación

Cuando el inversor está conectado a la fuente CA, el relé de entrada de CA está cerrado y al mismo tiempo el relé de tierra está abierto. El sistema de salida de CA depende del suministro de CA para proporcionar en enlace de neutro a tierra. El enlace es necesario para que el ID del circuito de salida de CA funcione.

El inversor/cargador está en modo inversor

Cuando el suministro de energía CA está desconectado, se ha apagado, o ha fallado, se abre el relé de entrada de CA. Cuando el relé de entrada de CA está abierto, la instalación ya no tiene un enlace de neutro a tierra. Por esto es por lo que al mismo tiempo el relé de tierra está cerrado. En cuanto el relé de tierra se cierra, el inversor/cargador hace un enlace interno de neutro a tierra. El enlace es necesario para que el ID del circuito de salida de CA funcione.

Instalaciones móviles

Una instalación móvil es una instalación que funciona con independencia de la red. Cuando se conecta a energía CA normalmente lo hace a través de la red en distintas ubicaciones o de generadores. Por ejemplo, barcos, vehículos o sistemas de alimentación auxiliares móviles. En este apartado se usa una instalación de un barco, sin embargo esta información puede aplicarse a cualquier instalación móvil.

Las instalaciones móviles no tienen una pica a tierra. Por lo que se necesita algo en su lugar que cree un potencial de tierra central. Todas las partes metálicas que se puedan tocar del barco o del vehículo deben estar conectadas entre sí para crear una tierra local. Algunos ejemplos de partes metálicas en un barco o vehículo son: el chasis, el casco, las tuberías metálicas de fluidos, las barandillas, el motor, los contactos de tierra del punto de potencia, los conductores de las luces y la placa de tierra (si la hay).

Un sistema móvil normalmente se conecta a diferentes fuentes de alimentación y a menudo no está claro cuál de los cables de suministro del puerto o del pantalán está conectado a tierra o si la toma de tierra está conectada. Por otro lado, la fase y el neutro pueden no estar correctamente conectados. Conectar una fuente como esta a un sistema móvil podría crear un cortocircuito a tierra. O ni siquiera hay tierra.

También es importante considerar si el sistema móvil se conecta a la alimentación o si está desconectado de la alimentación y funciona de forma autónoma.

Aislamiento y conexión a tierra de los equipos de Victron

En este apartado se explica el aislamiento de diferentes productos de Victron entre CA y CC, o entre CC y CC.

Esta información es necesaria para que un sistema con equipos de Victron pueda conectarse a tierra correctamente.

Aislamiento de todos los inversores e inversores/cargadores de Victron:

  • Entre los circuitos CA y el chasis: aislamiento básico. El chasis debe estar conectado a tierra.

  • Entre CA y CC: aislamiento reforzado. Una vez que el chasis se ha conectado a tierra, se considera que es seguro tocar la CC si la tensión nominal es de 48 V o menos.

  • Entre los circuitos CC y el chasis: aislamiento básico. Por lo tanto, se admite la conexión a tierra CC negativa o positiva.

En caso de conexión a tierra positiva, las conexiones de interfaz no aisladas se referirán al negativo de CC y no a la tierra. Poner a tierra una conexión así dañaría el producto.

La terminal de conexión a tierra de CA de todos los inversores e inversores/cargadores se conecta al chasis.

Puesta a tierra del neutro CA de los inversores Victron

El neutro de todos los inversores de 1600 VA y más y del inversor Phoenix Inverter Compact 1200 VA está conectado al chasis Al poner a tierra el chasis también se pone a tierra el neutro de CA. Se necesita un neutro a tierra para el correcto funcionamiento de un ID (o RCD, RCCB, RCBO o GFCI).

Si no hay una toma de tierra fiable disponible y/o si no hay instalado un ID (o RCD, RCCB, RCBO o GFCI), la conexión del neutro CA al chasis debería retirarse para mejorar la seguridad. Advertencia: es probable que una instalación así no cumpla la normativa local.

El neutro CA de los inversores de menos potencia generalmente no está conectado al chasis. Sin embargo, se puede establecer una conexión de neutro a tierra: consulte el manual del producto.

Puesta a tierra del neutro CA de los inversores/cargadores Victron

El neutro CA de salida de todos los inversores/cargadores está conectado al neutro CA de entrada cuando los relés de retroalimentación están cerrados (CA disponible en la entrada). Cuando los relés de retroalimentación están abiertos, un relé de tierra conecta el neutro saliente al chasis. Se necesita un neutro puesto a tierra para el correcto funcionamiento de un ID.

En casi todos los modelos se puede deshabilitar el relé de tierra. Consulte el manual del producto.

Aislamiento de cargadores solares MPPT

Sin aislamiento entre la entrada FV y la salida de CC.

Aislamiento básico entre entrada/salida y chasis.

Aislamiento de otros productos

Cargadores de baterías: aislamiento reforzado entre CA y CC. Aislamiento básico entre CA y el chasis, excepto para los cargadores IP65 Smart, que tienen aislamiento reforzado entre CA y la carcasa de plástico.

Convertidores CC-CC, separadores de diodo y separadores FEC y otros productos CC: la carcasa siempre está aislada de la CC (aislamiento básico).

Puesta a tierra del sistema

Hasta ahora hemos hablado de tierra o conexión a tierra CA en instalaciones de CA, pero también hace falta en los componentes CC de una instalación. En este apartado se describen algunas instalaciones comunes que contienen no solo un inversor/cargador, sino también una bancada de baterías, un cargador solar y un conjunto FV.

Puesta a tierra de un sistema desconectado de la red

No conecte a tierra ni el positivo ni el negativo del conjunto FV. La entrada negativa FV del MPPT no está aislada de la salida negativa. Por lo que al poner a tierra el FV se producirían corrientes de tierra.

Los marcos FV no obstante pueden conectarse a tierra, ya sea cerca del conjunto FV o (preferentemente) a la tierra central. Esto proporciona cierta protección frente a los rayos.

Ponga la conexión a tierra cerca de la batería. Se supone que tocar los polos de la batería es seguro. Por lo tanto, la toma de tierra de la batería debería ser la conexión a tierra más fiable y visible.

El cableado de tierra CC debería tener el grosor suficiente para transportar una corriente de fallo al menos igual a la corriente nominal del fusible CC.

El chasis del inversor o Multi/Quattro debe conectarse a tierra. No hay aislamiento básico entre CA y el chasis.

El chasis del cargador solar MPPT debe ponerse a tierra. Hay un aislamiento básico entre CA y chasis.

Tenga en cuenta que no se muestra la toma de tierra de la distribución CA con fusibles o MCB, ni la del conjunto y el marco FV.

Generador sin conexión a la red

Use una sola toma de tierra, cerca de la batería. Se supone que tocar los polos de la batería es seguro. Por lo tanto, la toma de tierra de la batería debería ser la conexión a tierra más fiable y visible.

El cableado de tierra CC debería tener el grosor suficiente para transportar una corriente de fallo al menos igual a la corriente nominal del fusible CC.

Del mismo modo, el cableado de tierra CA debería poder transportar una corriente de fallo al menos igual a la corriente nominal del fusible CA.

El ID solo funcionará si el chasis del Multi/Quattro tiene toma de tierra.

Generador de lata potencia sin conexión a la red

Conecte a tierra el generador directamente en la toma de tierra central.

Sistema de almacenamiento de energía (ESS) conectado a la red

El cableado de tierra CC debería poder transportar una corriente de fallo al menos igual a la corriente nominal del fusible CC.

Conecte el chasis del inversor/cargador a la barra de conexiones de la toma de tierra.

La toma de tierra de CA de salida puede sacarse desde la barra de conexiones central o desde el terminal de salida de CA.

Fuente: Wiring Unlimited de Victron Energy