Cuando se instalan paneles solares en la vivienda, es importante disponer de una buena toma de tierra. La estructura metálica que soporta los paneles se suele instalar en los tejados, y la carga electrostática que se genera en las tormentas podría llegar a la estructura de todos los electrodomésticos a través del cableado de tierra. Siempre que se pueda, se debería instalar una red de tierra independiente para el equipamiento de energía solar. Vamos a ver un método muy sencillo para medir la resistencia de las tomas de tierra, cuando no se dispone del equipamiento de medida adecuado (Telurómetro)… sólo necesitas dos polímetros.

Tensión del suministro eléctrico

En una central de transformación, la salida del Neutro normalmente se une con la toma de tierra, manteniendo así un potencial de 0 voltios entre Neutro–Tierra, y 230 voltios entre Fase–Neutro,  o Fase-Tierra.  Dependiendo de la resistividad del terreno, la distancia desde la central de transformación y la calidad de la toma de tierra de la vivienda, estas tensiones varían. Un indicador bastante bueno para saber si la calidad de la toma de tierra de la vivienda es buena, es medir la tensión entre Neutro-Tierra y entre Fase-Tierra. Cuanto más próximas sean a los valores de la central, de mejor calidad será la tierra de la vivienda.

Estado de la toma de tierra

Para hacer esta comprobación, tomaremos como referencia la tensión que tengamos en ese momento entre Fase y Neutro, aunque lo ideal sería hacer las 3 medidas a la vez.

En este ejemplo medimos 230,5 VAC. Después medimos entre Fase y Tierra, y tenemos 228,5 VAC, una diferencia de 2 V con respecto a la referencia. Ahora hacemos la misma medida utilizando la segunda toma de Tierra, y medimos 227,6 VAC. Al ser este valor más alejado a la tensión de referencia con respecto a la tierra de la vivienda, y además la tierra de la vivienda está conectada al cuadro eléctrico, no está aislada como la segunda, sabemos que la toma de tierra secundaria es de peor calidad que la toma de tierra instalada en la vivienda.

Al medir la tensión entre Neutro y Tierra, comparando ambas medidas, comprobamos que la tensión con la tierra secundaria es más próxima a 0V. Esta medida sería significativa si ambas tomas de tierra estuvieran aisladas, sin equipos conectados. En este caso podríamos interpretar que la segunda tierra es mejor que la de la vivienda, pero se podrían invertir los valores en otro momento, porque la tierra de la vivienda tiene equipos conectados que podrían estar derivando corriente, y la tierra secundaria está abierta.

Si medimos tensión entre ambas tierras, medimos 4mV, y con tensión no podemos utilizar el polímetro para medir resistencias.

Valores recomendados de resistencia a tierra

Lo ideal es que la resistencia de la toma de tierra fuera de 0 Ω, pero se consideran valores buenos entre 25 y 40 Ω, dependiendo del país y las condiciones del terreno. Cuando se trata de instalaciones sensibles, lo ideal es que el valor de la resistencia a tierra fuera inferior a 5 Ω.

Según se define en el Reglamento electrotécnico de baja tensión REBT 2002, el valor de resistencia de tierra será tal que cualquier masa no pueda dar lugar a tensiones de contacto superiores a 24V y 50V, y fija el valor medio de la resistencia eléctrica del cuerpo humano en 2.500 Ω. Teniendo en cuenta que en la instalación eléctrica se emplea normalmente como protección un interruptor diferencial de 30mA, el valor máximo de la resistencia de tierra será de 1.666 Ω para tensiones de contacto de 50V y de 800 Ω para tensiones de contacto de 24V.

• Rt = 50V/30mA = 1.666 Ω
• Rt = 24V/30mA = 800 Ω

Para facilitar la rápida desconexión del interruptor diferencial, es conveniente conseguir que los valores de la resistencia de tierra estén siempre por debajo de estos valores, teniendo en cuenta las condiciones cambiantes del terreno y la climatología.

El interruptor diferencial y toma de tierra

Exista o no una toma de tierra en nuestra instalación eléctrica, los interruptores diferenciales cortan el suministro eléctrico cuando se supera una corriente de fuga superior a 30mA, protegiendo así a las personas contra una posible electrocución. Disponer de una buena toma de tierra en la vivienda es fundamental para evitar descargas desagradables al tocar los electrodomésticos. Una buena toma de tierra impide el paso de corriente de cualquier aparato eléctrico defectuoso hacia las personas, disparando de forma automática el interruptor diferencial de la vivienda cuando esto ocurre.

Toma de tierra con paneles solares

Cuando se instalan paneles solares en una vivienda, se monta una gran estructura metálica, normalmente en los tejados. Para proteger los inversores, encargados de convertir la tensión continua de los paneles en tensión alterna, para luego inyectarla en paralelo con la instalación eléctrica, se instalan descargadores de sobretensión en las tomas de conexión con los paneles. Así se evita que entren picos de tensión en el inversor cuando hay tormentas… pero estos descargadores también hay que conectarlos a una toma de tierra.

Si conectamos la estructura metálica de los paneles y los descargadores a la toma de tierra de la vivienda, cuando la toma de tierra de la vivienda no es muy buena, parte de esas descargas eléctricas se distribuyen por el mismo cable hacia todos los enchufes, llegando así a la estructura metálica de todos los electrodomésticos.

Si queremos evitar que esto suceda, lo mejor es instalar una toma de tierra auxiliar, independiente de la toma de tierra de la vivienda. Conectando ahí todas las tierras del equipamiento de energía solar. De esta forma se facilita el paso eléctrico de cualquier descarga eléctrica hacia la nueva pica de tierra, y se impide así que entre parte de esa tensión hacia la estructura de los electrodomésticos.

Medida de tierra con dos polímetros

Aunque existen equipos de medida específicos  para medir el valor resistivo de las tomas de tierra (Telurómetro), también es posible hacer esta medida con gran precisión utilizando un voltímetro junto con un miliamperímetro de corriente alterna.

Midiendo los valores de tensión y corriente de forma simultánea, se puede calcular el valor de la resistencia aplicando la Ley de Ohm. Como la precisión de esta medida dependerá de la tolerancia sumada de dos instrumentos de medida diferentes, es aconsejable utilizar dos polímetros de calidad.

IMPORTANTE

Para hacer medidas en la red eléctrica es necesario tener muy claro lo que se está haciendo, porque siempre existe el riesgo de electrocución. Es muy importante utilizar gafas y guantes de protección y seguir un orden, en este caso:

• Seleccionar las medidas tensión/corriente y sus escalas en los polímetros
• Interconectar el cableado de ambos medidores, y no tocar los selectores de los polímetros cuando estén conectados a la red eléctrica.
• Conectar el sistema de medida con la red eléctrica, y tomar una fotografía en la que se vean con claridad los valores de tensión y corriente de ambos medidores.

Nunca se deberían hacer este tipo de medidas en la entrada de la acometida eléctrica, y tampoco se debería manipular el cableado eléctrico sin disponer de una protección diferencial.

Resistencia entre dos tomas de tierra

Hacer esta medida en una vivienda no tiene mucho sentido, pero la hice para saber si la pica de tierra de la vivienda está alejada de la otra o no. Las pruebas las hago alimentando una bombilla de filamento de 230V / 100W, y haciendo circular la corriente entre ambas tomas de tierra. Midiendo la caida de tensión entre ambas tierras y la corriente que circula, aplicando la Ley de Ohm obtenemos el valor de resistencia entre ambas tomas.

No es buena idea hacer este tipo de pruebas sin tomar medidas de precaución, y sin estar seguro de lo que se hace. Por otra parte, esta prueba no se puede hacer inyectando tensión de la red eléctrica, porque saltaría el diferencial, y NUNCA se deberían manipular los cableados antes de dicha protección.

Para hacer esta medida he utilizado un inversor de red de onda modificada de 2000W, alimentado con una batería de coche. He montado todo el circuito conectando el cableado del polímetro para medir la caída de tensión entre ambas tomas de red, y la pinza amperimétrica para medir la corriente. Después he conectado el interruptor del inversor un instante, el tiempo que me ha tomado hacer la fotografía.

La fotografía de la izquierda es la referencia, conectando la tensiín del inversor directamente a la bombilla. Como vemos el inversor entrega 209,5 voltios y circula una corriente de 0,31A. Al ser algo baja la tensión de alimentación, la bombilla está consumiendo 65W en lugar de 100.

En la fotografía de la derecha vemos que hay una caída de tensión de 74,9 voltios entre ambas tomas de tierra, y circula una corriente de 0,25A. Por lo tanto la resistencia entre ambas tomas de tierra es de (74,9/0,25) 299,6 Ω. Aunque sigo sin saber dónde está montada la pica de tierra de la vivienda, con esta medida entiendo que está lo suficientemente lejos de la nueva toma de tierra.

Medir la resistencia de una toma de tierra

Para medir la resistencia de las dos tierras de forma individual, vamos a provocar una fuga de corriente entre Fase y Tierra, mediante una resistencia de valor conocido. Como la suma de corriente de fugas de todos los equipos conectados a la instalación eléctrica tiene que ser inferior a 30mA,  siempre que la instalación no esté al límite podremos añadir una corriente de fuga adicional próxima a 10mA, y así ya tenemos  una buena  resolución en la medida de corriente. Si al hacer las pruebas ‘saltara’ el diferencial, bajando los magnetotérmicos de todos los electrodomésticos se desconectan sus filtros de red, y se reducirá notablemente la corriente de fugas en toda la instalación.

Procedimiento de la medida

Esta prueba la hago con dos resistencias de potencia, cerámicas de 15 KΩ, montadas  en serie. Con 30 KΩ se producirá una corriente de fuga de 7,66 mA a una tensión de 230 voltios. Para hacer esta medida es importante utilizar resistencias de potencia, con el fin de evitar que aumente su valor resistivo al paso de la corriente y nos falseen las medidas.

Cada vez que realicemos una medida, tomaremos como referencia la tensión entre Neutro y Tierra antes de conectar la resistencia entre Fase y Tierra. Este valor lo tendremos que restar del valor que midamos después de conectar la resistencia.  Si el polímetro que utilizamos dispone de un botón de referencia (REL), lo pulsamos antes de conectar la resistencia y el display mostrará 0V. De esta forma evitamos tener que hacer la resta, porque la medida de tensión que muestre el polímetro cuando conectemos la resistencia será la diferencia entre ambas medidas.

Para hacer esta medida es imprescindible aislar la tierra y desconectar todos los disyuntores que nos sea posible en el cuadro eléctrico, con el fin de reducir la carga de corriente del hilo del Neutro al máximo, y evitar posibles fluctuaciones de tensión entre Neutro y Tierra cuando estemos haciendo las medidas.

Toma de tierra de la vivienda

Después de pulsar el botón REL del voltímetro, al conectar la resistencia entre fase y la tierra de la vivienda, medimos 0,1V entre Neutro y Tierra y una corriente de 7,51 mA. La tierra de la vivienda mide: 0,1V/7,51 mA = 13,3 Ω

Toma de tierra secundaria, en seco

Ahora quitamos de los polímetros la tierra de la vivienda, conectamos la otra y volvemos a pulsar el botón REL del voltímetro.  Al conectar la resistencia entre Fase y la segunda Tierra, medimos 1,787V entre Neutro y la Tierra 2 y una corriente de 7,45 mA. En seco, la segunda tierra mide: 1,787V /7,45 mA = 239,8 Ω

Toma de tierra secundaria, en mojado

Después de mojar la pica de la segunda toma de tierra, al conectar la resistencia entre Fase y Tierra, medimos 0,636V entre Neutro y Tierra una corriente de 7,45 mA. En mojado, la segunda tierra mide: 0,636V /7,45 mA = 85,3 Ω

Observaciones

Al tratarse de una pica de tierra de tan solo 60 cms, y además dentro de un bloque de hormigón, al mojar la toma de tierra ha bajado notablemente el valor de su resistencia. A pesar de que ambos valores son altos, se mantienen por debajo de 800 Ω y se cumple con las especificaciones del reglamento de baja tensión para tensiones de contacto de 24V.

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