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Materiales y conexiones de la malla de tierra

Qué material usar en una malla de tierra (cobre, acero revestido, aluminio, acero), cómo evitar la corrosión galvánica y qué exige IEEE 80 a las uniones.

Por Shadai García, CEO e ingeniero de protecciones de Tiza Group.

malla de cobre unida a acero enterradosuelo húmedounión eléctricamalla de cobreacero enterradose corroecobre con acero: se corroe el acerocobre con aluminio: se corroe el aluminiomás noblemás activocobreacero revestido de cobreaceroaluminioCadenaMaterialPareja de metalesCelda galvánicaCorrosiónProtección© tizagrp.commalla de cobre unida a acero enterradosuelo húmedounión eléctricamalla de cobreacero enterradose corroecobre con acero: se corroe el acerocobre con aluminio: se corroe el aluminiomás noblemás activocobreacero revestido de cobreaceroaluminioCadenaMaterialPareja de metalesCelda galvánicaCorrosiónProtección© tizagrp.com
Materiales de la malla: celda galvánica entre cobre y acero enterrados y escala de nobleza de cobre, acero y aluminio. Ubicación en el sistema y principio de funcionamiento. Ilustrativo: los valores reales salen de la placa y del manual del fabricante.
Respuesta corta

El cobre es el material más usado en mallas de tierra por su conductividad y su resistencia a la corrosión; el acero revestido de cobre se usa donde hay robo de conductores; el aluminio no se recomienda enterrado y el acero se reserva a suelos dañinos para el cobre. Una malla de cobre forma una celda galvánica con las estructuras de acero y los cables con cubierta de plomo enterrados. Las conexiones deben cumplir los mismos requisitos que el conductor.

Respuesta corta

En una malla de puesta a tierra, el cobre es el material más usado por su alta conductividad y su resistencia a la corrosión subterránea. El acero revestido de cobre se usa sobre todo donde el robo de conductores es un problema. El aluminio casi no se usa y no se recomienda enterrado. El acero o el acero inoxidable se reservan para suelos dañinos para el cobre, con atención a su propia corrosión. Las conexiones, enterradas o no, deben cumplir los mismos requisitos del conductor y se evalúan con IEEE Std 837. La instalación en obra se describe en construcción de una malla de tierra.

Qué debe cumplir el material

Un conductor bien elegido mantiene la integridad de la malla durante años si tiene la sección adecuada y el suelo no es corrosivo para ese material. La norma pide que cada elemento tenga conductividad suficiente, resista la fusión y el deterioro mecánico, sea robusto y mantenga su función aunque se corroa o se dañe.

Los materiales, uno por uno

MaterialUso en mallasPor qué
CobreMuy comúnAlta conductividad; es catódico respecto de casi todos los metales que se entierran cerca, por lo que resiste la mayoría de la corrosión subterránea
Acero revestido de cobre o cobreadoComún, sobre todo donde hay roboNúcleo de acero con capa de cobre; la norma lo cita donde el robo de conductor es un problema
AluminioRara vezPuede corroerse en ciertos suelos, la capa corroída no conduce, y es anódico frente al acero
Acero o acero inoxidableSuelos dañinos para el cobreRequiere atención a su corrosión; es típico usar acero galvanizado o inoxidable con protección catódica

Aluminio: la razón de su descarte

A primera vista, el aluminio parece natural en una subestación aislada en gas con envolventes de aluminio. La norma enumera sus desventajas: puede corroerse en ciertos suelos con una capa no conductora, y la corrosión gradual por corriente alterna puede ser un problema. No recomienda usar conductor de aluminio enterrado, aunque, igual que el acero, aliviaría el problema de acelerar la corrosión de otros objetos enterrados.

Corrosión galvánica

Una malla de cobre o de acero revestido de cobre forma una celda galvánica con las estructuras de acero enterradas, las tuberías y las aleaciones de plomo de las cubiertas de cables. Esa celda puede acelerar la corrosión de esos elementos.

Algunas empresas han probado el cobre estañado: reduce el potencial de la celda respecto del acero y del cinc en cerca de 50 % y casi lo elimina respecto del plomo. Su desventaja es que acelera y concentra la corrosión natural del cobre en cualquier pequeña zona sin recubrimiento.

Otros métodos habituales:

  • Aislar con un recubrimiento las superficies del metal que se sacrifica, como cinta plástica, compuesto asfáltico o ambos.
  • Cruzar las tuberías en ángulo recto, con el conductor de cobre, y aplicar un recubrimiento aislante a uno de los metales donde se acercan; normalmente se recubre la tubería.
  • Usar protección catódica, con ánodos de sacrificio o corriente impresa.
  • Usar tuberías y conductos no metálicos.

En una subestación aislada en gas puede requerirse además protección catódica para instalaciones externas, como cables en tubería presurizada o cables con cubierta de plomo. Por la complejidad de esas instalaciones, la norma pide considerar todos los aspectos de la prevención de la corrosión antes de diseñar la puesta a tierra. La corrosión subterránea y la protección catódica son temas amplios que la norma no desarrolla.

Pares de metales de un vistazo

Metal de la mallaFrente a qué se comportaEfecto
CobreAcero, tuberías y cubiertas de plomo enterradosEs el metal noble de la pareja: los otros se corroen más rápido
CobreCasi todos los metales que se entierran cercaResiste la corrosión subterránea por ser catódico
AluminioAcero y muchos otros metalesEs anódico: se sacrifica para proteger al otro metal
Acero galvanizado o inoxidableSuelos dañinos para el cobreSe acepta con protección catódica y vigilancia de su propia corrosión

Por eso el material no se escoge solo por su conductividad: se mira también qué hay enterrado alrededor de la malla y qué suelo la rodea.

Conexiones

Todas las conexiones de la red de tierra, sobre y bajo el suelo, deben cumplir los mismos requisitos generales del conductor: conductividad, resistencia a la corrosión, capacidad de corriente y resistencia mecánica. Deben ser lo bastante masivas para que su temperatura suba menos que la del conductor, resistir los esfuerzos electromagnéticos de la máxima corriente de falla esperada y resistir la corrosión durante la vida prevista.

IEEE Std 837 reúne la aplicación y los ensayos de las conexiones permanentes para puesta a tierra de subestaciones. Las conexiones que lo cumplen satisfacen los cuatro criterios.

Qué se concluye para el diseño

  • El material y el calibre se escogen juntos: un material más resistivo exige más sección.
  • La corrosión del suelo y la cercanía de tuberías o cables con cubierta metálica pueden cambiar la elección.
  • Cuando el suelo promueve la corrosión, puede convenir un calibre mayor aunque el conductor y la conexión hayan pasado los ensayos.
  • Las conexiones se escogen con ensayos normalizados, no por costumbre.

Las prácticas de materiales y uniones de las subestaciones de distribución, con RETIE, están en puesta a tierra de subestaciones de distribución.

Cómo lo hacemos en Tiza Group

Escoger material y conexiones exige conocer el suelo, las estructuras enterradas cercanas y la corriente de falla. En Tiza Group lo incluimos en el diseño de la malla de subestaciones de media, alta y extra alta tensión y de plantas industriales. Conozca nuestro servicio de diseño de ingeniería y estudios o escríbanos.

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Referencias

  • IEEE Std 80-2013, IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding, cláusulas 11.1, 11.2 y 11.4.
  • IEEE Std 837, Standard for Qualifying Permanent Connections Used in Substation Grounding.

Preguntas frecuentes

¿Por qué no se recomienda el aluminio enterrado en una malla de tierra?

Porque puede corroerse en ciertos suelos y la capa de aluminio corroído no conduce para fines prácticos de puesta a tierra. También puede sufrir corrosión gradual por corrientes alternas. Además es anódico frente a muchos metales: si se une a acero en presencia de un electrolito, se sacrifica para proteger al otro metal.

¿Qué pasa cuando la malla de cobre toca tuberías de acero enterradas?

Se forma una celda galvánica que puede acelerar la corrosión de la tubería, del acero enterrado y de las cubiertas de cables con aleaciones de plomo. Las medidas habituales son aislar con un recubrimiento la superficie del metal que se sacrifica, cruzar las tuberías en ángulo recto, usar protección catódica o usar tuberías no metálicas.

¿Cómo se sabe que una conexión de la malla es adecuada?

Las conexiones deben cumplir la conductividad, la resistencia a la corrosión, la capacidad de corriente y la resistencia mecánica del conductor. IEEE 837 define su aplicación y sus ensayos, y las conexiones que lo cumplen satisfacen todos esos criterios.

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