La malla de puesta a tierra es la red de conductores enterrados que conecta a tierra todos los equipos y estructuras de una subestación o planta. Su función principal es la seguridad: limitar las tensiones de paso y de contacto durante una falla a tierra. También da el camino de retorno que necesitan las protecciones de tierra y la referencia para pararrayos y equipos electrónicos.
Qué es la malla de puesta a tierra
La malla de puesta a tierra es una red de conductores desnudos enterrados bajo toda el área de una subestación o planta, complementada con varillas verticales y conectada a cada equipo, estructura, cerca y blindaje. Cumple tres funciones:
- Seguridad de las personas. Durante una falla a tierra, la corriente que entra al suelo eleva el potencial de la malla. La malla debe repartir ese potencial para que la diferencia entre la mano y los pies (tensión de contacto) o entre los dos pies (tensión de paso) no supere los valores tolerables.
- Camino de retorno de la falla. Las protecciones de tierra necesitan una corriente suficiente y predecible para operar.
- Referencia común para pararrayos, blindajes de cables, transformadores de medida y equipos electrónicos.
Partes principales
- Conductores horizontales en cuadrícula, normalmente de cobre o de acero recubierto de cobre, enterrados a poca profundidad.
- Varillas verticales, que llegan a capas de suelo más profundas y estables, sobre todo en el perímetro.
- Conexiones permanentes, con soldadura exotérmica o conectores de compresión calificados (IEEE 837 trata su calificación).
- Bajantes que unen cada equipo, estructura y gabinete con la malla.
- Capa superficial de grava triturada, que aumenta la resistencia de contacto entre los pies y el suelo.
- Puesta a tierra de la cerca perimetral, coordinada con la malla para evitar tensiones de contacto peligrosas desde afuera.
- Cajas de inspección para medir y revisar conexiones.
Cómo funciona
Cuando ocurre una falla a tierra, solo una parte de la corriente total entra al suelo a través de la malla; el resto regresa por los cables de guarda, los neutros y los blindajes. Esa fracción, multiplicada por la impedancia de la malla, da la elevación de potencial de tierra (GPR).
La guía IEEE 80 establece el método más usado:
- 01Resistividad del sueloSe mide, normalmente con el método de Wenner de cuatro electrodos (IEEE 81), y se construye un modelo, a menudo de dos capas
- 02Tensiones tolerables de paso y de contactoDependen del peso corporal supuesto (50 kg o 70 kg), del tiempo de duración de la falla y de la resistividad de la capa superficial
- 03Tensiones de malla y de paso del diseñoSe calculan y se comparan con las tolerables. Si no cumplen, se densifica la malla, se agregan varillas, se amplía el área o se mejora la capa superficial
La corriente de falla y el tiempo de despeje salen de los estudios de cortocircuito y de coordinación de protecciones. Por eso, cuando crece el nivel de cortocircuito de la red o cambian los tiempos de las protecciones, el diseño de la malla debe revisarse.
En Colombia, el RETIE exige que las instalaciones tengan un sistema de puesta a tierra diseñado para controlar las tensiones de paso y de contacto, y fija requisitos de materiales, conexiones y mediciones. Consulte la versión vigente del reglamento para los valores de referencia y la periodicidad de mediciones.
Tipos
- Extra alta y alta tensión: mallas extensas con corrientes de falla altas, donde el control de la GPR y de las tensiones transferidas es crítico. La teleprotección y las comunicaciones hacia afuera suelen ir por fibra óptica para no transferir potencial.
- Media tensión: subestaciones de distribución y celdas, con mallas más pequeñas y, a veces, suelos de alta resistividad que obligan a soluciones como varillas profundas.
- Industria: la malla de la subestación se integra con la puesta a tierra de la planta, de los motores, de las bandejas y del sistema de protección contra rayos. La buena práctica es que todas las puestas a tierra de una instalación queden interconectadas.
- Plantas solares: mallas de gran área con muchos kilómetros de conductor, donde se cuida la interconexión entre la subestación, los centros de transformación y las estructuras.
Relación con las protecciones
La malla y las protecciones de tierra trabajan juntas. La corriente que ven la sobrecorriente de tierra 50N/51N y la direccional de tierra depende del camino de retorno, y la corriente de secuencia cero del sistema depende de cómo se aterrizan los neutros, por ejemplo con un transformador de puesta a tierra. Además, los circuitos secundarios de CT y de tensión deben aterrizarse en un solo punto para evitar corrientes circulantes durante una falla.
Pruebas en puesta en servicio y mantenimiento
- Resistividad del suelo antes del diseño, por el método de Wenner, en varias direcciones.
- Impedancia de la malla por caída de potencial, con el electrodo de corriente suficientemente alejado (varias veces la dimensión de la malla). En mallas grandes se usa inyección a una frecuencia distinta de la de la red para separar la señal del ruido.
- Medición de tensiones de paso y de contacto inyectando corriente y midiendo en los puntos críticos, para validar el diseño.
- Continuidad entre bajantes y malla, con inyección de corriente alta y medición de resistencia o caída de tensión entre cada equipo y un punto de referencia.
- Inspección de conexiones, bajantes y capa superficial; en mantenimiento, excavaciones de muestreo para revisar corrosión.
Estas mediciones se complementan con las pruebas de los equipos conectados, como las de pararrayos.
Fallas comunes
- Robo de conductores de cobre en bajantes y cercas, frecuente en sitios desatendidos.
- Conexiones rotas o corroídas, sobre todo en uniones mecánicas en suelos agresivos.
- Equipos nuevos sin conectar a la malla después de una ampliación.
- Capa de grava contaminada o removida, que reduce las tensiones tolerables.
- Malla subdimensionada frente al nivel de cortocircuito actual.
- Tensiones transferidas por tuberías, rieles o cables metálicos que salen de la subestación.
- Mediciones mal hechas: electrodos demasiado cerca o interferencia de otras puestas a tierra.
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Referencias
- IEEE 80: guía de seguridad en la puesta a tierra de subestaciones de corriente alterna.
- IEEE 81: guía para medir resistividad del suelo e impedancia de sistemas de puesta a tierra.
- IEEE 837: calificación de conexiones permanentes en puesta a tierra de subestaciones.
- IEEE 142: puesta a tierra de sistemas industriales y comerciales.
- IEC 61936-1: instalaciones de potencia de más de 1 kV en corriente alterna.
- IEC 60479-1: efectos de la corriente sobre los seres humanos.
- RETIE: Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas (Colombia), versión vigente.
Preguntas frecuentes
¿Basta con que la resistencia de la malla sea baja para que la subestación sea segura?
No. Lo que define la seguridad son las tensiones de paso y de contacto comparadas con las tolerables, que dependen de la corriente que realmente se inyecta al suelo, del tiempo de despeje y de la capa superficial. Una resistencia baja ayuda, pero una malla mal distribuida puede tener tensiones de contacto peligrosas en las esquinas.
¿Por qué no se usa un telurómetro de pinza para medir la malla de una subestación?
El método de pinza necesita un camino de retorno por otras puestas a tierra en paralelo y mide el lazo, no la malla sola. En una malla extensa conviene el método de caída de potencial con electrodos alejados o una inyección de corriente con frecuencia distinta a la de la red.
¿Por qué el tiempo de despeje de las protecciones afecta la malla?
Porque la corriente que el cuerpo humano tolera depende del tiempo de exposición. Si las protecciones despejan más lento que lo supuesto en el diseño, las tensiones tolerables bajan y la malla puede dejar de ser segura.