La red tierra tiene la finalidad de limitar las tensiones de paso y de contacto que se presentan en una estación tanto en su área interna como en su contorno.

Tensión transferida es aquella "llevada" por objetos metálicos hasta eventualmente fuera del área cubierta por la red de tierra.

La obra eléctrica está construida sobre el suelo y en casos de fallas la corriente es drenada al suelo conductor. Se forma un campo de corrientes y de superficies equipotenciales.

Consideramos que el suelo es un medio de resistencia constante, relativamente elevada respecto de los metales.

Si sobre el suelo se extendiera una capa metálica, chapa, se lograrían limitar las tensiones de paso y de contacto a valores mínimos.

Sin embargo, la corriente a drenar debería pasar de la chapa al suelo, y en la periferia de la chapa se presentaría un gradiente y se observarían la presencia de tensiones de paso.

Si desde el suelo natural no se alcanzan los objetos que están sobre la chapa, no se tendrán tensiones de contacto.

Si en lugar de una chapa, solución irrealizable, se hace una red, se presentarán también tensiones de paso y de contacto dentro de la red.

Si el mallado es suficiente denso las tensiones de paso (en su interior) y contacto serán mínimas.

Se puede disminuir la densidad del mallado, hasta que las tensiones alcancen el límite admisible.

Todos los elementos que pueden presentar tensiones de contacto deben ser conectados a la red de tierra para controlar esta tensión.

De estudios realizados se han propuesto distintas fórmulas para determinar los parámetros característicos de la red de tierra.

La esquematización mas simple de la red de tierra es con barras (que llamaremos principales) en dos direcciones ortogonales, estas barras están enterradas y presentan cierta cantidad de intersecciones (cruces X o derivaciones T) donde se unen con adecuados morsetos o soldadura.

Cada elemento a conectar a tierra implica una conexión (a las barras principales y que llamaremos derivación) de cierta longitud, el elemento se puede conectar con una o dos derivaciones.

La longitud de la derivación en parte se encuentra enterrada, y luego sube a conectarse al elemento que interesa.

Al computar el total de conductores que drenan corriente al suelo, se consideran los principales, y la parte enterrada de las derivaciones.

En los cálculos de redes de tierra se utilizan muchas fórmulas simplificadas, que solo permiten conocer el orden de magnitud de los parámetros que caracterizan la red de tierra.

Pero aun cuando se utilizan los mejores modelos, la precisión esta limitada por la gran incertidumbre de ciertos datos.

Es fundamental durante la construcción de la red de tierra realizar mediciones que permitan detectar que el comportamiento de la red coincida con el previsto.

Con la red construida se deben determinar las tensiones características en los puntos críticos e introducir las correcciones que sean necesarias para lograr tensiones de paso, de contacto y transferidas que no superen los límites de seguridad.

A tal fin vale la pena notar que la resistencia total de la puesta a tierra no es un valor fundamental en la definición de su comportamiento.

La resistividad del terreno es un dato básico, en general puede determinarse al momento del estudio de suelos que se realiza para el proyecto de las fundaciones.

El objeto es conocer la resistividad del terreno con el fin de determinar la resistencia de la puesta a tierra de la estación eléctrica y los potenciales de paso y de contacto en el área, a través de cálculos dimensionantes y de verificación.

En general el suelo no es homogéneo, y a veces se observan estratos (capas) de distinto valor de resistividad por lo que es necesario lograr un valor (o un par de valores) representativos de estas características para los cálculos.

El área a medir se cubre con varios puntos (9 a 25) distribuidos con cierto criterio, en dichos puntos se harán mediciones.

Para cada punto se realizan mediciones en dos direcciones ortogonales, y a distintas profundidades aparentes (5, 10, 20, 50 y mas m).

Para medir se utiliza, frecuentemente, el método de las cuatro jabalinas (espaciadas), con el que se obtienen valores de resistencia media del suelo para cada profundidad (distancia entre jabalinas).

Las mediciones se complementan con otra información que ayude a la interpretación correcta de los resultados.

Es importante incluir una descripción del método de medición, eventualmente la parte de manual de instrucciones del instrumento que ayude a entender los resultados (si necesario).

Además es útil una descripción del tipo de terreno obtenida por observación directa, e información descriptiva de la estratificación si se tuvieran datos de perforaciones o excavaciones.

Con los valores obtenidos de las mediciones y la información complementaria se trata de realizar una caracterización del suelo resumiendo los resultados en un único valor si puede considerarse el terreno homogéneo, o en un par de valores si se considera valido el modelo de dos capas.

La superficie que la red debe cubrir es como mínimo la que comprende el área de la estación y sus edificios, hasta unos 5 a 6m. de distancia de ellos, si es posible.

En ciertos casos se recubre el área de la estación con una capa superficial de piedra partida o canto rodado sin aglomerante de resistividad mucho mas elevada que el suelo natural que cubre.

Esta capa superficial es de pequeño espesor 10 30 cm, y sus características de resistividad y espesor deben mantenerse en el tiempo para poder garantizar su efectividad.

La influencia de esta capa es notada en las corrientes que circulan por el cuerpo sometido a tensiones de paso y de contacto, ya que su resistencia se incrementa con las que corresponden al dispersor de los pies sobre esta capa.

Una falla trifásica, si bien puede afectar los conductores de la red de tierra, no drena corriente al suelo (tampoco si bifásica aislada).

Aún así no toda la corriente de falla a tierra es drenada por la red al suelo, parte de esta corriente es conducida fuera de la red de tierra por los cables de guardia de las líneas aéreas ó los cables de tierra que acompañan a los cables enterrados; o eventualmente, sus armaduras si están en contacto directo con la tierra o puestas a tierra en otra estación.

Lógicamente para determinar esta repartición de corriente, se debe conocer el valor de la resistencia de puesta a tierra de la red, y varios parámetros de las líneas y/o cables.

El cálculo debe repetirse para encontrar las condiciones mas desfavorables en cada caso. Se deben calcular las corrientes de cortocircuito a tierra que corresponden a fallas en distintos lugares y condiciones y encontrado el valor mas desfavorable utilizarlo en el dimensionamiento de la red.

La primera aproximación, utilizada en alguna bibliografía fue aceptar una distribución en corriente continua, ya que la resistencia de la estación, principal elemento en el que circula la corriente de tierra se considera efectivamente una resistencia pura, sin reactancia.

El error de esta adopción es no considerar especialmente los acoples inductivos entre conductores en los que circulan corrientes de falla y cables de guardia.

Se deben analizar los parámetros del hexapolo que corresponde a un tramo de línea representada por un conductor, un cable de guardia, una torre y el suelo, un esquema completo tiene impedancias propias de conductor, guardia, y tierra y tres mutuas, conductor guardia, guardia tierra, conductor tierra.

Al estudiar el campo de corriente en el suelo de acuerdo a las fórmulas de Carson todo es como si la corriente se encontrara concentrada a un profundidad que aumenta con la resistividad y se reduce con la frecuencia, pero en la proximidad de la estación la corriente que finalmente entra en la red de tierra se debe considerar cerca de la superficie.

En la determinación de los parámetros se debe tener en cuenta esta hipótesis, que debe reflejar la cercanía o no del tramo de línea estudiado a la estación.

La línea presenta dos modos de actuar según se presente corriente en sus conductores o no.

Cuando no hay corriente de falla en la línea, el cable de guardia se comporta como un dispersor en paralelo con la resistencia de tierra de la estación, es como si la resistencia de la estación se redujera por acción de los cables de guardia de las líneas que llamamos pasivas.

Cuando en cambio una línea alimenta la falla, la corriente en el cable de guardia es inducida por la mutua impedancia entre este y el conductor, llamamos a esta línea activa, porque conduce corriente de falla.

Para cada línea se pueden determinar parámetros que permiten encontrar los valores de corrientes en cada componente.

Cuando a la estación llegan varias líneas que aportan corrientes de falla, el problema es determinar la repartición de la corriente entre los cables de guardia.

Una vez preparados los parámetros de cada línea, y con el fin de determinar la distribución de corrientes entre cables de guardia y red de tierra de la estación, se construye un sistema de ecuaciones, una ecuación para cada línea, pasiva y activa.

Se tienen tantas ecuaciones como líneas, las incógnitas son las corrientes en los cables de guardia, y en la red de tierra, corresponde entonces agregar una ecuación mas para la corriente total, la suma de las corrientes de las líneas debe ser la suma de las corrientes en cables de guardia y la corriente drenada por la red de tierra.

Son datos las corrientes aportadas por las líneas y la corriente total de falla, incógnitas las corrientes drenadas por los cables de guardia, y la corriente drenada por la red de tierra. El sistema de ecuaciones permite resolver el problema, encontrando los valores incógnitas.

Cuando se producen fallas en el sistema y se presentan corrientes a tierra, la red de tierra asume cierto potencial respecto de la referencia de potencial nulo.

Los valores que caracterizan la seguridad de la red de tierra son las tensiones de paso y de contacto.

Cuando en las condiciones normales estas tensiones son relativamente elevadas puede recubrirse el suelo de la estación con un material de alta resistividad (grava).

Lógicamente, si se utiliza este medio debe garantizarse que la resistividad de la capa superficial no varía con el tiempo. Si se reduce la resistividad pueden presentarse situaciones peligrosas.

Debe notarse que para la tensión del paso se considera 2 veces la resistencia de contacto pié suelo, mientras que en la tensión de contacto se considera la mitad.

La resistencia del cuerpo que debe tomarse es el valor normal mínimo en el orden de 1000 ohm.

El valor de resistividad superficial de la capa de material que cubre el suelo que se adopta debe ser el mínimo que ésta presentará durante la vida de la instalación.

Este valor puede resultar de un orden de magnitud superior al suelo natural de la zona, debiendo tenerse en cuenta que con el tiempo, el material aportado se irá ensuciando y perderá su elevada resistividad inicial.

Las corrientes de falla se presentan con una componente continua que es causa de su asimetría.

La corriente de falla que se utiliza para calcular las tensiones peligrosas debe tener en cuenta esta situación, en consecuencia se utiliza el valor medio cuadrático de la corriente de falla, que resulta mayor que el valor eficaz de la corriente simétrica, dato generalmente informado como corriente de falla monofásica.

La corriente simétrica debe ser incrementada multiplicándola por un factor que tiene en cuenta esta situación y que parte de 1 para tiempo de 1 segundo, llegando a 1.65 para los breves tiempos de 1 ciclo.

Los conductores de la red de tierra, y de conexión deben estar dimensionados para soportar la corriente de falla por el tiempo de duración de la misma.

Las fórmulas que se aplican son las mismas que para los conductores aéreos o aislados.

Mientras ocurre el fenómeno de conducción de la corriente de falla, el conductor acumula calor.

Los conductores que conectan los equipos a la red de tierra deben soportar la mayor corriente de falla que se puede presentar en ellos (que puede ser bifásica o trifasica).

Los conductores de la red de tierra conducen una parte de la corriente de falla (monofásica a tierra) y ésta se va repartiendo entre todos ellos.

Los conductores enterrados deben ser en lo posible de gran diámetro, para asegurar un buen contacto al suelo.

En muchos casos se realizan en planchuela, debiendo superar un espesor mínimo y una sección mínima, para soportar la corrosión.

Los conductores de las bajadas deben ser protegidos en la zona de transición aire tierra que es peligrosa por los fenómenos de corrosión que allí se producen.

La protección de las bajadas, no debe ser hecha con hierro galvanizado por dos razones, primero incrementa la reactancia de la conexión y segundo se ponen en proximidad dos metales (hierro y cobre) en tierra húmeda, debiéndose temer corrosión electrolitica

No todos los conductores de la malla drenan al suelo la misma corriente por unidad de longitud.

Los conductores periféricos son los que más drenan, mientras que los interiores drenan sensiblemente menos que el valor medio.

Esto justifica que en ciertos diseños se observe que el mallado no es regular, siendo mas denso en la periferia y mas ralo en el centro.

Las redes de tierra de las estaciones eléctricas son relativamente extensas. Las jabalinas no contribuyen mayormente a drenar la corriente a tierra, ya que son relativamente pequeñas.

Las jabalinas deben instalarse en los puntos donde se deben drenar las sobretensiones de impulso.

Cuando es necesario reducir la corriente drenada por la red, para controlar los potenciales, se instalan jabalinas en la periferia de la misma, que es la zona donde mejor se aprovechan.

La corriente por unidad de longitud que drenan las jabalinas es sensiblemente mayor que la correspondiente a los dispersores horizontales.

Debe cuidarse que la corriente que las jabalinas drenan al suelo quede contenida dentro de límites que no produzcan excesivo calentamiento del terreno circundante al dispersor.

Si tal fenómeno ocurriera, el efecto es un aumento de resistencia, con aumento de las tensiones características y de los peligros consiguientes, debido a que por el calor producido el terreno circundante se seca aumentando su resistividad.

Las descargas atmosféricas que llegan a la estación conducidas por los cables de guardia, deben ser drenadas a tierra.

También llegan descargas a través de los conductores de fase, y estas son drenadas por los descargadores y por los objetos de capacitancia hacia tierra relativamente elevada, capacitores de acoplamiento, transformadores de corriente, de tensión y de potencia.

Para estas descargas, de frecuencias muy elevadas solo una pequeña parte de la red de tierra resulta activa y dispersora.

Es conveniente en los puntos donde se presenta esta situación un mayor adensamiento de la red y la instalación de una jabalina.

Jabalina y cables dispersores ofrecen impedancias a la alta frecuencia que deben considerarse en paralelo, la corriente impulsiva se divide entre los caminos y es drenada al suelo por la conductividad transversal que ofrecen estos elementos.

Deben absorber los esfuerzos que la estructura soporte transmite al suelo.

Se identifican las cargas aplicadas, y se desarrollan distintos métodos de cálculo y verificación.

Cuando los esfuerzos son importantes y no se justifica demasiado un mayor volumen de la fundación, se la puede realizar con zapata.

Los equipos grandes, como los transformadores, requieren fundaciones que cubren una superficie extensa.

En ciertos casos se prescinde de la fundación, o solo se construye una platea.

Cuando se pueden presentar pérdidas de aceite se puede construir una pileta cuya finalidad es contener el aceite en caso de grandes pérdidas o rotura de la cuba.

Cuando se teme la posibilidad de incendio, y la proximidad de otros equipos hace prever la propagación se construye una pared vertical de hormigón, muro parallamas.

La altura debe ser suficiente para detener proyecciones de trozos al producirse una explosión, el espesor suficiente para quedar de pie a pesar del fuego.