Durante una falla a tierra, la corriente que entra al suelo eleva el potencial de la malla y crea diferencias de tensión en la superficie. La tensión de contacto es la que queda entre la mano que toca una estructura y los pies; la de paso, entre los dos pies separados un metro. IEEE 80 calcula los valores que el cuerpo tolera, que dependen del tiempo de despeje de la falla, de la resistividad de la capa superficial y del peso corporal supuesto. En Colombia el RETIE exige que no se superen, aunque la resistencia de puesta a tierra cumpla su valor de referencia.
Qué pasa en el suelo durante una falla a tierra
Cuando ocurre una falla a tierra en una subestación o en una planta, parte de la corriente de falla regresa a la fuente a través del suelo. Al entrar al terreno por la malla de puesta a tierra, eleva su potencial respecto a una tierra lejana: es la elevación de potencial de tierra (ground potential rise, GPR), igual a la corriente que se inyecta al suelo por la impedancia de la puesta a tierra.
El potencial no queda igual en toda la superficie. Es máximo sobre los conductores de la malla y disminuye entre ellos y hacia afuera. Esas diferencias son las que ponen en riesgo a una persona:
- Tensión de contacto: entre una estructura metálica puesta a tierra que la persona toca con la mano y el punto donde están sus pies, normalmente a un metro. La corriente pasa por el tórax.
- Tensión de paso: entre los dos pies separados un metro, sin tocar nada.
- Tensión de malla: la tensión de contacto máxima dentro de una cuadrícula de la malla, que suele darse en el centro de las cuadrículas de las esquinas.
- Tensión transferida: el potencial de la malla llevado a otro lugar por un conductor (una pantalla de cable, una tubería, un riel, una cerca), donde la persona está sobre una tierra remota.
De qué dependen los valores tolerables
La guía IEEE 80 (Guide for Safety in AC Substation Grounding) parte de la corriente que el cuerpo tolera sin fibrilación ventricular, que disminuye con el tiempo de exposición, y de la resistencia del cuerpo y del contacto de los pies con el suelo. De ahí resultan las tensiones de paso y de contacto tolerables. Para una persona de 50 kg, las ecuaciones son:
| Tensión tolerable (50 kg) | Expresión de IEEE 80 |
|---|---|
| Contacto | (1000 + 1,5 · Cs · ρs) · 0,116 / √ts |
| Paso | (1000 + 6 · Cs · ρs) · 0,116 / √ts |
Donde ρs es la resistividad de la capa superficial (Ω·m), Cs el factor de reducción por el espesor de esa capa y ts el tiempo de la falla en segundos. Para 70 kg, el factor 0,116 se reemplaza por 0,157. El diseño adopta el peso según el tipo de acceso al área; 50 kg es el supuesto más conservador.
Tres conclusiones prácticas:
- El tiempo de despeje manda. Una protección lenta reduce la tensión admisible. Si se cambian ajustes, se debe revisar la malla.
- La capa superficial ayuda mucho. La grava triturada o el asfalto aumentan la resistencia entre los pies y el suelo y elevan las tensiones tolerables.
- La tensión de paso rara vez es la que limita. El cuerpo tolera más de pie a pie que de mano a pies, y la de contacto suele definir el diseño.
Qué pide el RETIE
En Colombia, el RETIE (Resolución 40117 de 2024 y sus modificaciones) exige que el sistema de puesta a tierra controle las tensiones de paso, de contacto y transferidas. Su tabla de valores de referencia de resistencia de puesta a tierra (por ejemplo, para subestaciones de media tensión) se acompaña de una advertencia: cumplir esos valores no exime de verificar que las tensiones de paso, de contacto y transferidas no superen las tolerables. Por eso el diseño de una malla de subestación no termina en el valor en ohmios.
Cómo se calculan y se verifican
- 01Resistividad del sueloMedición y modelo de capas
- 02Corriente al sueloFalla a tierra máxima y factor de división
- 03Diseño de la mallaGeometría, varillas y capa superficial
- 04CálculoGPR, tensión de malla y de paso frente a las tolerables
- 05Medición en campoPotenciales de superficie según IEEE 81
En campo, la guía IEEE 81 describe la medición de los potenciales de superficie, de paso y de contacto inyectando una corriente de prueba en la malla. Es la forma de confirmar el diseño en una instalación existente o después de una ampliación. Vea prueba de resistencia de puesta a tierra.
Cómo se reducen
- Más conductor y mejor distribución en la malla, sobre todo en la periferia y en las esquinas.
- Capa superficial de alta resistividad.
- Varillas profundas que alcanzan capas de menor resistividad.
- Control de gradiente en cercas, puertas y accesos, con conductores perimetrales.
- Aislamiento o seccionamiento de tuberías, rieles y cercas que salen del área, para evitar tensiones transferidas.
- Protecciones más rápidas, que reducen el tiempo de exposición.
En plantas industriales, los puntos críticos suelen estar fuera de la subestación: la cerca, las tuberías metálicas que llegan al cuarto eléctrico y las estructuras cercanas a la acometida. Vea puesta a tierra industrial y malla de puesta a tierra.
Dónde aparecen los problemas en una planta
Las tensiones peligrosas no solo aparecen dentro del patio de la subestación. En plantas industriales los puntos que más conviene revisar son:
- La cerca perimetral de la subestación: si está conectada a la malla, quien la toca desde afuera puede quedar sometido a una tensión de contacto alta; si no lo está, puede recibir una tensión transferida. Se resuelve con un conductor perimetral exterior o con secciones aisladas, según el diseño.
- Las puertas y portones, que al abrirse barren una zona fuera de la malla.
- Tuberías, rieles y bandejas que entran o salen del área de la subestación y llevan su potencial a otros lugares de la planta.
- Equipos en el borde de la malla, como tableros exteriores o estructuras de acometida.
- Ampliaciones: un transformador nuevo o una subestación vecina cambian la corriente de falla y la distribución del potencial.
Una revisión periódica con mediciones de campo detecta conductores de la malla cortados o corroídos, que empeoran las tensiones sin que la resistencia total cambie mucho.
Hacemos su estudio de puesta a tierra
Nuestro equipo diseña y verifica mallas de puesta a tierra de subestaciones de media, alta y extra alta tensión y de plantas industriales con IEEE 80: modelo del suelo, corriente de falla del estudio de cortocircuito, tensiones de paso, de contacto y transferidas, y mejoras cuando no cumplen. El diseño lo hacemos de forma remota con sus datos; en Colombia también hacemos las mediciones en campo. Vea nuestro servicio de diseño de ingeniería y estudios y de ingeniería primaria, y escríbanos por contacto.
Guías relacionadas
- Malla de puesta a tierra
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- Puesta a tierra industrial
- Estudio de cortocircuito
- Neutro aislado o aterrizado
- Apantallamiento contra descargas atmosféricas
Referencias
- IEEE 80, IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding.
- IEEE 81, IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and Earth Surface Potentials of a Grounding System.
- Ministerio de Minas y Energía de Colombia, Resolución 40117 de 2024 (RETIE) y sus modificaciones, artículo 3.12.3.
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre tensión de paso y tensión de contacto?
La de contacto aparece entre la mano que toca una parte metálica puesta a tierra y los pies apoyados en el suelo, a cierta distancia de ella; la corriente atraviesa el tórax. La de paso aparece entre los dos pies separados un metro, sin tocar nada; la corriente va de pie a pie. Por eso el cuerpo tolera una tensión de paso mayor que la de contacto.
¿Una resistencia de puesta a tierra baja garantiza que las tensiones de paso y contacto sean seguras?
No. La seguridad depende de cómo se distribuye el potencial en la superficie, de la corriente que realmente entra al suelo y del tiempo de despeje. Una malla con buena resistencia pero mal distribuida puede tener tensiones de contacto peligrosas en las esquinas o en la cerca. El RETIE aclara que cumplir los valores de resistencia no exime de controlar estas tensiones.
¿Por qué el tiempo de despeje de la falla cambia la tensión tolerable?
Porque la corriente que el cuerpo resiste sin fibrilación disminuye cuanto más dura la exposición. En las ecuaciones de IEEE 80, la tensión tolerable es inversamente proporcional a la raíz cuadrada del tiempo de la falla: si las protecciones despejan más lento, la tensión admisible baja.