PUESTA
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A TIERRA
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EQUIPOS DE
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COMPUTACION
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e expone una recopilación de información
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especializada y recomendable para los profesionales
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electricistas e ingenieros de telecomunicación e
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informática, respecto a la implementación de
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esquemas de puesta a tierra, para equipos
esquemas de puesta a tierra, para equipos
electrónicos sensibles (EES), como lo son los
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computadores y equipos de Telecomunicaciones, de
computadores y equipos de Telecomunicaciones, de
características no lineales. Puede ser usado como una
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Guía de
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Consulta y/o Tex
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to de Estudio.
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Con el
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avance
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de la tecnología y el aumento de cargas (EES) en las
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redes
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eléctricas
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el
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Profesional
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Electricista
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no solo
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debe saber decidir una malla a tierra para los equipos
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de potencia, sino que debe conocer los requerimientos
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que demandan los equipos EES respecto a su puesta a
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tierra.
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Por otro
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lado, al profesional
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del ámbito
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de las
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Telecomunicaciones debe a su vez ser conocedor a lo
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menos en lo básico de las mallas a tierra en las redes
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eléctricas, ya que el óptimo funcionamiento de sus
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equipos dependerá
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estabilidad
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DANIEL VÍCTOR HENRÍQUEZ SANTANA
PUESTA
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EQUIPOS
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DE
DE
COMPUTACIÓN y
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TELECOMUNICACI
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ONES
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RECOMENDACIONES TECNICAS
RECOMENDACIONES TECNICAS
AUTOR : Daniel Víctor Henríquez Santana
AUTOR : Daniel Víctor Henríquez Santana,,Ingeniero en Ingeniero en Electricidad Electricidad de la de la Universidad Universidad de Santiago de Santiago de Chile. de Chile. DiplomadoDiplomado
en Evaluación de Proyect
en Evaluación de Proyectos de Inversión en la os de Inversión en la U. de Chile Facultad U. de Chile Facultad de Economía. Licencia Sde Economía. Licencia SEC clase A. EC clase A. Relator externo deRelator externo de
la UNIVERSIDAD DE CHILE Cenet en Electricidad avanzada, gestión
la UNIVERSIDAD DE CHILE Cenet en Electricidad avanzada, gestión de proyectos y administración de de proyectos y administración de Servicios Técnicos.Servicios Técnicos.
Contacto:
Contacto: www.dhsing.cl www.dhsing.cl , , [email protected] [email protected] 083524371.083524371.
DERECHO DE AUTOR
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Derecho de P
Derecho de Propiedad Intelectual ropiedad Intelectual Nº 168.591 Nº 168.591 vigente desde el vigente desde el 17/1/2008. 17/1/2008. Ley Chilena sobre Ley Chilena sobre Propiedad Intelectual Propiedad Intelectual Nº 17.336.SeNº 17.336.Se
prohíbe
prohíbe la reproducción total la reproducción total o parcial do parcial de éste texto de estude éste texto de estudio para fines io para fines comerciales.comerciales.Como así mismo, su tratamiento informático,Como así mismo, su tratamiento informático,
o la transmisión de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopias, por registros u otros métodos,
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sin la autorización expresa en
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AUTOR : Daniel Víctor Henríquez Santana
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PROLOGO
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Este libro constituye una recopilación de información especializada y recomendable para los profesionales
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electricistas e ingenieros de telecomunicación e informática, respecto a la implementación de esquemas de
electricistas e ingenieros de telecomunicación e informática, respecto a la implementación de esquemas de
puesta a tierra, para equipos electrónicos sensibles (EES), como lo son los computadores y equipos de
puesta a tierra, para equipos electrónicos sensibles (EES), como lo son los computadores y equipos de
Telecomunicaciones, de características no lineales. Puede ser usado como una Guía de Consulta y/o Texto de
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Estudio.
Estudio.
Con el avance de la tecnología y el aumento de cargas (EES) en las redes eléctricas
Con el avance de la tecnología y el aumento de cargas (EES) en las redes eléctricas el Profesional Electricisel Profesional Electricista nota no
solo debe saber decidir una malla a tierra para los equipos de potencia, sino que debe conocer los
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requerimientos que de
requerimientos que demandan los equipos EES respectmandan los equipos EES respecto a su puesta a tierra. o a su puesta a tierra. Por otro lado, al profesionPor otro lado, al profesional delal del
ámbito de las Telecomunicaciones debe a su vez ser conocedor a lo menos en lo básico de las mallas a tierra en
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las redes eléctricas, ya que el óptimo funcionamiento de sus equipos d
las redes eléctricas, ya que el óptimo funcionamiento de sus equipos dependerá de la calidad y estado de ependerá de la calidad y estado de la redla red
eléctrica.
eléctrica.
El autor de éste libro fue Relator por más de 10 años en la Universidad de Chile Cenet Centro Nacional de
El autor de éste libro fue Relator por más de 10 años en la Universidad de Chile Cenet Centro Nacional de
Electrónica y Telecomunicaciones en la especialidad de Proyecto Eléctrico, Mallas a Tierra, Contaminación
Electrónica y Telecomunicaciones en la especialidad de Proyecto Eléctrico, Mallas a Tierra, Contaminación
Armónica y Tarifas Eléctricas. Actualmente es Relator para el Holding de la Central de Generación Hidroeléctrica
Armónica y Tarifas Eléctricas. Actualmente es Relator para el Holding de la Central de Generación Hidroeléctrica
y Distribución MT
y Distribución MT CREO S.A. de la X Región y Relator deCREO S.A. de la X Región y Relator del Centro Técnico INDURA CETI.l Centro Técnico INDURA CETI.
AUTOR AUTOR
INDICE
1. PUESTA TIERRA EQUIPOS SENSIBLES (EES)
1.1. Introducción. Boletín Técnico Puestas a Tierra………..………..….. 1
1.2. Sistema de Puesta a Tierra………..……….….5
1.3.
Equipos de puesta a tierra………..101.4. Necesidades de puesta a tierra……….…….
14
1.5. Resistencia de tierra
………..……16
1.6. Tomas de tierra acopladas………
18
1.7. Tomas de tierra con metales diferentes………
..…………..18
1.8. Formulación resistencias de tomas de tierras convencional………
19
1.9. Principio de la tierra única………21
1.10.
Principio de la distribución estrella………....23
1.11. Puesta a tierra edificio telecomunicaciones……….………
...24
1.12. Masas comunes y Masas particulares………
..25
2. FUGA A TIERRA DE CORRIENTES ARMÓNICAS
2.1. Fenómeno eléctrico y límites Normativo……….28
2.2. Red computadores con diferenciales estándar………34
2.3. Red computadores con diferenciales HPI………..
37
2.4. Aterrizaje de protección contra cargas estáticas y rayos……….40
3. ESQUEMAS DE INSTALACION DE PUESTAS A TIERRA
3.1. Definición
equipos sensibles (EES)…..……….……….….…473.2. Aterrizaje de Equipos electrónicos sensibles………
.……49
3.3. Definiciones importante y operación de sistemas tierra aislada………….……52
3.4. Esquema convencional
(EC)………..….……57
3.5. Esquema de Tierra punto-punto único (SPG)………..
58
3.6. Esquema total de Tierra ( TSPG )………..
59
3.7. Esquema de Malla de referencia ( MRS)
………603.8. Problemas de resonancia HF
……….61
3.9. Mediciones de la puesta a tierra………
..….65
1 Contenido:
Normas de Tierras eléctricas.
¿Una sola tierra eléctrica?.¿Tierras
separadas?.¿Tierras interconectadas?.
Por: Ing. Armando Rivero Ybarburu.
.
Este tema de la electrotecnia ha ido variando en su enfoque durante el siglo a medida que las instalaciones electrotécnicas se han vuelto más complejas y exigentes, lo cual se ha agudizado durante los últimos años con la introducción masiva de equipos electrónicos sensibles.
Los problemas eléctricos con dichos equipos tienen orígenes muy diversos y entre ellos está el referente a las tierras eléctricas. En Cuba, recientemente, han ocurrido daños en equipos de comunicaciones y de transmisión de datos, con la reacción siguiente de los técnicos involucrados en cada caso: la causa ha sido la conexión del sistema de protección contra rayos a una tierra común, sin un estudio que avale ese criterio.
El presente trabajo constituye una compilación de regulaciones a nuestro alcance sobre las tierras eléctricas contenidas en normas, de la IEC y otras instituciones, en códigos y en publicaciones de fabricantes de equipos electrónicos sensibles. El autor del trabajo se ha limitado a hacer la selección de las regulaciones, traducirlas y ordenarlas en una secuencia que le ha parecido apropiada, sin comentario alguno. El lector sacará sus propias conclusiones. Año 2001 by AWD Serie de Colección Copyright ���� 2000 S y s t e m R
2
rayos. Parte 1 : Principios generales". 2.3.1 General
Desde el punto de vista de la protección contra rayos, es preferible un sistema único integrado de terminación en tierra, adecuado para todos los fines (o sea, protección contra rayos. sistemas electroenergéticos de baja tensión, sistemas de telecomunicaciones).
Los sistemas de terminación en tierra que deben estar separados por otras razones, se conectarían al integrado por enlaces equipotenciales de acuerdo con la Subcláusula 3.1.
3.1.1 General
La equipotencialización es una medida muy importante para reducir los peligros de incendio y explosión, y la amenaza a la vida, en el espacio a proteger. La equipotencialización se alcanza por medio de conductores de enlace o supresores de impulsos que conectan el sistema de protección contra rayos, la armadura metálica de la estructura, la instalación metálica, las partes conductoras extrañas y las instalaciones eléctricas y de telecomunicaciones dentro del espacio a proteger.
2. INTERNATIONAL STANDARD. IEC 61024-1.2. 1998-05
"Protección de estructuras contra los rayos. Parte I 1-2: Principios generales. Guía B -Diseño, instalación,
mantenimiento e inspección de sistemas de protección contra rayos",
2.4.1.1 General
Desde el punto de vista de la protección contra rayos,
sistemas electroenergéticos de baja tensión, sistemas de telecomunicaciones),
3. USA STANDARD. ANSI/NFPA 78. 1986 "Código de protección contra rayos"
3,14 Puesta a tierra común
Todos los medios de puesta a tierra en una estructura, o sobre ella, se interconectarán para proporcionar un potencial común a tierra, Esto incluirá las tierras de la protección contra los rayos, el servicio eléctrico, teléfono y antenas, así como los sistemas de tuberías metálicas soterradas.
4, USA STANDARD. ANSI/NFPA 75. 1992 "Protección de equipos electrónicos de computación y procesamiento de datos".
Apéndice B. 645-4 Puesta a tierra
Todas las partes metálicas expuestas no-portadoras de corriente de un sistema de procesamiento de datos se conectarán a tierra de acuerdo con el Artículo 250 (Nota del Autor: Artículo del NFPA 70),
5. USA STANDARD. ANSI/NFPA 70. 1993 "Código Eléctrico Nacional",
250.81 Sistema de electrodos de tierra . Si las facilidades en cada edificio o estructura disponen de ellos, cada uno de los electrodos en (a) hasta (d) a continuación, y cualquiera de los electrodos hechos de acuerdo con las Secciones 250-83 (c)y (d), se interconectarán para formar el sistema de electrodos de tierra. Las tuberías metálicas hidráulicas interiores : (a) Tubería metálica hidráulica soterrada, (b) Tubería metálica del edificio donde esté puesta a tierra con efectividad.
(c) Electrodo embebido en hormigón,
(d) Anillo de tierra, Un anillo que rodea al edificio o estructura
3
Sección 250-81, se usará uno, o más de uno, de , los electrodos especificados en (b) hasta (d) a continuación, Donde sea factible, los electrodos hechos
(b) Otros sistemas o estructuras locales metálicas soterrados. Otros sistemas metálicos como los de tuberías y tanques soterrados.
(c) Electrodos de barra o tubería, (d) Electrodos de plancha.
250.86 Uso de barras de pararrayos. Los conductores de los pararrayos u otros electrodos hechos usados para la puesta a tierra de barras de pararrayos. no se utilizarán en lugar de los electrodos de tierra hechos exigidos por la Sección 250-83 para la puesta a tierra de sistemas y equipos, Esta disposición no prohibirá la interconexión exigida de los electrodos de tierra de los diferentes sistemas.
(Nota No.2): La interconexión de todos los electrodos; de tierra segregados limitará las diferencias de potencial entre ellos y entre sus sistemas de cableado asociados.
Artículo 645 .computadora electrónica equipo de procesamiento de datos. 645-15 Puesta a tierra. Todas las partes metálica , expuestas no-portadoras de corriente de un sistema de procesamiento de datos por computadoras electrónicas se conectarán a tierra de acuerdo con el Articulo 250 o tendrán aislamiento doble. Artículo 800 circuitos de
comunicaciones
800-33 Puesta a tierra de cables. El forro metálico de los cables de comunicaciones que penetran en lo
edificios se conectará a tierra tan cerca como se. posible del punto de entrada o se interrumpirá tal cerca del punto de entrada como sea factible por medio de
protector primario. La(s) parte(s) metálica(s) del forro de cable, donde la Sección 800-33 exija conectarla(s) a tierra, y los protectores primarios se conectarán tierra en la forma especificada a continuación en (a) hasta (d). (a)
(b) Electrodo. El conductor de tierra se conectará como sigue:
Al lugar accesible más cercano en: (1) el sistema dE electrodos de tierra del edificio o estructura indicada en la Sección 250-81, (2) el sistema a tierra de las tuberías hidráulicas metálicas interiores indicado en la Sección 250-80 (a), (3) los medios accesibles de servicio electroenergético externos a los recintos indicados en la Sección 250-71 (b), (4) las canalizaciones metálicas del servicio electroenergético, (5) la carcasa de los equipos de servicio. (6) el conductor del electrodo de tierra o la cubierta metálica del conductor de electrodo de
(c) Conexión de electrodos. Se conectará un enlace de conexión no menor del No.6 AWG de cobre c equivalente entre el electrodo de tierra de comunicaciones y el sistema de electrodos de tierra del servicio electroenergético en el edificio o estructura donde se utilicen electrodos segregados. Se permitirá la interconexión de todos los electrodos segregados.
Artículo 810- equipos de radio y televisión Artículo 820 -televisión por antena de
comunidad(catv) y sistemas de distribución de radio
(Nota del Autor: En estos Artículos se indica práctica. mente lo mismo que lo expresado antes para el Artículo 800).
6. CSA sr ANDARD. C22.1 -1990
Código Eléctrico Canadiense. Parte 1. Décimo sexta edición.
Norma de Seguridad para Instalaciones Eléctricas.
4
instalará un conductor de puesta a tierra común a menos que se provea una tierra segregada para cada sistema, en cuyo caso se interconectarán las tierras de los sistemas individuales.
10-402 Equipos fijos, específicos
(1) Las partes metálicas expuestas no portadoras de corriente de los equipos fijos siguientes se conectarán a tierra
(k) Equipos de procesamiento de datos. 10-406 Equipos no-eléctricos (ver Apéndice B)
(6) En salas de computadoras y lugares similares que tienen pisos elevados con soportes metálicos, al me- nos cada cuarto pedestal se conectará a tierra por un conductor de cobre No.6 AWG o equivalente.
10-706 Espaciamiento o interconexión de los sistemas eléctricos y de protección contra rayos. Donde sea factible. se proveerá una separación no menor de 2 m entre los conductores de pararrayos y los conductores y equipos eléctricos, pero si esta separación no fuese posible, los electrodos de tierra para los dos sistemas se interconectarán, al nivel del terreno o por debajo de él. con un conductor de un tamaño no menor. 10.708 Espaciamiento e interconexión de las tierras de sistemas eléctricos, de comunicación y de antena de comunidad. Donde se proveen electro-dos artificiales segregaelectro-dos como medios de puesta a tierra para sistemas eléctricos, de comunicaciones y de antena de comunidad, cada electrodo estará separado al menos 2 m de cualquier otro electrodo. como se exige por la Regla 10-702 (8) y ellos se interconectarán de acuerdo con la Regla 10-702 (9).
excluidos los sistemas de tuberías metálicas hidráulicas soterradas, utiliza- dos para la conexión a tierra de pararrayos, no se usarán para la puesta a tierra de sistemas de cableado u otros equipos eléctricos.
Sección 60 -Sistemas eléctricos de comunicación
60.706 Electrodos de tierra (ver Apéndice B) (4) Donde se utilice una tubería o varilla hincada como electrodo de tierra para un sistema de comunicación, tendrá una separación no menor de 2 m de cualquier otro electrodo, incluidos aquellos usados para circuitos electroenergéticos, radio, pararrayos, o cualquier otro propósito y se conectarán sólo a los de los circuitos electroenergéticos de acuerdo con las Reglas 10-702 (9) (a). (b) y (c).
1.2. SISTEMA DE PUESTA A TIERRA
Puesta a tierra significa el aterramiento físico o la conexión de un equipo a través de un conductor hacia tierra. La tierra está compuesta por muchos materiales, los cuales pueden ser buenos o malos conductores de la electricidad, pero, la tierra como un todo s considerada como un buen conductor. Por esta razón y como punto de referencia, al potencial de tierra se le asume cero. La resistencia de un electrodo de tierra, medido en ohmios, determina que tan rápido, y a que potencial, la energía se equipara. De esta manera, la puesta a tierra es necesaria para mantener el potencial de los objetos al mismo nivel de tierra.
La resistencia de tierra es la resistencia eléctrica del suelo al flujo de la corriente AC y DC. La unidad de medida usada más frecuentemente es el ohmio-metro, el cual se refiere a la resistencia medida entre caras opuestas de un metro cúbico de suelo. Teóricamente, la resistencia de un sistema aterrizado R puede ser calculada usando la formula general de resistencia:
Donde:
r = Resistividad de la tierra (ohmios – metros) L = Longitud de tramo conductivo (metros)
A = Sección transversal del área de la trayectoria (metros cuadrados)
Tanto la temperatura como la humedad del suelo pueden variar significativamente el valor de la resistencia del suelo. La resistividad del suelo no varía significativamente hasta que las temperaturas alcanzan las condiciones de congelamiento (unos 32° F). A esta temperatura la humedad en el suelo se congelará aumentando la resistividad del suelo.
La acumulación de sales en el suelo también influye su resistencia. En general, entre mayor cantidad de sales o electrolitos contenga el suelo, menor será su resistencia.
Definiciones:
Sistema Aislado: son los sistemas, circuitos o aparatos, sin conexión intencional a tierra, excepto a los medidores de potencial o de aparatos de medición o de equipos de impedancia alta.
Sistema Aterrizado: es un sistema de conductores en donde, por lo menos, un conductor o punto (generalmente el de en medio o neutro de las bobinas de generadores o transformadores) se conecta intencionalmente a tierra, ya sea sólidamente o a través de una impedancia.
Aterrizado Sólidamente: se conecta directamente, por medio de alguna conexión adecuada a tierra, sin que tenga una impedancia intencional.
Aterrizado Efectivamente: se conecta a tierra a través de una impedancia baja, de tal forma que para todas las condiciones del sistema, la relación de la reactancia de secuencia cero a la de secuencia positiva ( ) sea positiva y menor que tres y que la relación de resistencias de secuencia cero a reactancia de secuencia positiva () sea positiva y menor que 1.
Aterrizaje por Resistencia: se aterriza por medio de una impedancia en la que el elemento principal es una resistencia.
Aterrizaje por Inductancia: se aterriza por medio de una impedancia en la que el elemento principal es una inductancia
Factores Que Influyen En La Selección De Un Sistema Aterrizado O Aislado
Continuidad en el servicio. Muchas plantas han estado trabajando con sistemas aislados en uno o varios niveles de voltaje, para ganar un poco más de continuidad en el servicio. El hecho de que cualquier contacto de una fase del sistema y tierra no provoque suspensión del servicio de ninguna carga, puede representar una ventaja para muchas plantas, dependiendo de la importancia por el tipo de planta. En muchos casos, los sistemas se aterrizan para que los equipos de protección de los equipos remuevan los circuitos que tienen falla, sin importar que tipo de falla. Una falla de fase a tierra produce el aislamiento inmediato del circuito que tiene la falla, suspendiendo el servicio a las cargas de ese circuito.
Fallas múltiples a tierra. Aunque la falla a tierra de una fase, en un sistema aislado, no produce suspensión del servicio, si ocurre una segunda falla, en una fase diferente y antes de limpiar la primera, sí se producirá suspensión del servicio. Mientras más tiempo se permita la primera falla, mayor será la posibilidad de que ocurra la segunda falla en otra fase y provoque la suspensión del servicio. La ventaja de los sistemas aislados se pierde si se ignora la primera falla hasta que se produzca la segunda. En los sistemas aislados se debe tener un programa de mantenimiento organizado para localizar y remover fallas, tan pronto como sea posible, después que se detectan. Incendios por fallas con arqueo . Últimamente y especialmente en sistemas de bajo voltaje, se han reportado incendios por fallas por arqueo, provocando daños severos o destrucción total del equipo eléctrico, por la energía de las fallas con arqueo. En los casos típicos, la falla con arqueo se establece entre dos o más fases de un sistema aislado o entre las fases y tierra de un sistema aterrizado. La falla con arqueo libera cantidades enormes d energía en el punto de la falla, lo cual libera violentamente, gases calientes y plasma de arco. El calor es tan intenso que vaporiza el cobre o aluminio y el hierro de los alrededores y produce gases tóxicos e inflamables. Típicamente, el elemento normal de protección de sobre corriente no opera rápidamente para remover la falla inicial. Es posible que la corriente de falla sea menor que el disparo o que el tiempo de acción u operación sea muy largo, mientras tanto, se está produciendo el arqueo. Los sistemas aterrizados
sólidamente o con resistencia baja, permiten la protección contra incendios por fallas con arqueo entre fase y tierra; desdichadamente, todavía no hay forma de protección contra corrientes de falla con arqueo de línea a línea.
Localización de fallas. En sistemas aislados, la falla a tierra no abre el circuito. Se deben instalar equipos para que detecten y avisen. Es importante que el equipo nos permita la detección de la falla sin cortar la energía, para no esperar hasta que se pueda desconectar el sistema. En los sistemas aterrizados, en cambio, las fallas accidentales a tierra se localizan y detectan por la desconexión automática del circuito o equipo con falla.
Seguridad. Muchos de los peligros del personal y los equipos se producen porque la puesta a tierra de los equipos o estructuras metálicas es pobre o no existe. Sin importar si el sistema es aterrizado o no, las consideraciones de seguridad exigen que los equipos y estructuras se aterricen. Pueden aparecer otros peligros de golpes eléctricos o fuego en sistemas aterrizados o aislados, a causa de aterrizaje inadecuado de los equipos. Las fallas accidentales a tierra son inevitables. Los pasos de corriente a tierra por fallas en el aislamiento entre las bobinas y la carcaza o estructura de los motores se pueden dar por la grasa u otros materiales que se pueden encender con las chispas o con calentamientos localizados.
Peligros de voltajes anormales. Los sobrevoltajes posibles en los sistemas aislados pueden causar más frecuencias de fallas del equipo, que si el sistema se aterrizara. En muchos casos, se producen fallas n más de un equipo al mismo tiempo. Estas fallas múltiples no se producen, necesariamente, en el mismo alimentador o circuito derivado, sino que pueden involucrar equipos en varios alimentadores diferentes.
Sobrevoltajes de los sistemas de potencia. Algunas de las fuentes de sobrevoltaje más comunes en sistemas de potencia son las siguientes :
Descargas eléctricas (lightning)
Pulsos de conexión y desconexión (switching sources) Cargas estáticas
Contacto con sistemas de alto voltaje (HV® LV) Fallas de línea a tierra
Condiciones resonantes
Fallas a tierra con reencendido
Descargas eléctricas. Muchos sistemas industriales tienen protección de escudo contra las descargas eléctricas directas. Muchos circuitos son subterráneos en ductos o en conductos metálicos o canaletas. Hasta los circuitos aéreos se protegen con las estructuras metálicas adyacentes o con los edificios. Los pararrayos en la entrada de servicio limitan los pulsos de voltaje hacia la planta, que resultan de las descargas en las líneas de servicio expuestas. Este pulso es capaz
de dañar los equipos conectados en secundario, a menos que tengan equipos de protección contra impulsos.
Pulsos de conexión y desconexión (switcheo ). Estas operaciones, normales en el sistema, pueden causar sobrevoltajes. Generalmente son menores que tres veces el voltaje normal y de duración corta. El sobrevoltaje que se desarrolla resulta de la oscilación transitoria entre la capacitancia y la inductancia del circuito, la energía en el momento de al interrupción está almacenada en la capacitancia del circuito.
Estática. La creación de sobrevoltajes en los conductores de los sistemas de potencia, debido a las cargas estáticas no es problema para las plantas modernas que tienen los circuitos y equipos en montajes metálicos. La carga estática de las bandas transportadoras puede crear voltajes que se pueden transmitir al sistema de potencia, a menos que las estructuras de los motores se aterricen adecuadamente. Las líneas aéreas están expuestas a sobrevoltajes estáticos, en ciertas condiciones atmosféricas. La creación de sobrevoltajes estáticos se pueden prevenir conectando a tierra al sistema aún en el caso de resistencia alta.
Contacto con sistemas de alto voltaje. Sucede cuando se rompe una línea de alta tensión y toma contacto con conductores de bajo voltaje, o cuando falla el aislamiento entre las bobinas de alta y baja tensión. Si el sistema se aterriza efectivamente, aunque se producen cantidades grandes de corriente de falla, el neutro del sistema permanecerá muy cerca del potencial de tierra y los sobrevoltajes a tierra, en el lado de bajo voltaje, se reducen considerablemente.
Fallas de línea a tierra. La causa más común de sobrevoltaje sostenidos en los sistemas aislados es que una fase del sistema se aterrice. En este caso el aislamiento de las otras dos fases se someten a un 73% más de lo normal. El sistema aterrizado sólidamente no permite este sobrevoltaje. Aún que no es suficiente para que no se provoque la falla del aislamiento, la repetición de estas condiciones acorta su vida útil.
Condiciones resonantes. Los sistemas aislados están expuestos a los voltajes resonantes. Como la capacitancia de fase a tierra de los sistemas grandes es alta, se puede dar la condición aproximada de circuito resonante durante una falla de línea a tierra, con alguna inductancia, como una bobina dañada de un arrancador de motor. El voltaje a tierra de las líneas no falladas puede ser considerablemente mayor que el voltaje de línea a línea. Los sobrevoltajes debidos a resonancia se encuentran en circuitos pequeños y en los que se usan circuitos sintonizados inductancia-capacitancia como es el caso de los equipos de soldadura.
Fallas a tierra con reencendido. Las experiencias de campo y de los estudios teóricos demuestran que los arcos, los reencendidos y las fallas vibrantes a tierra en los sistemas aislados y bajo ciertas condiciones producen pulsos de voltaje de hasta seis veces el normal. La condición necesaria para que se produzca estos sobrevoltajes es que la resistencia dieléctrica de la trayectoria del arco crezca a mayor velocidad, después de cada extinción del arco, que la que tubo en la extinción anterior.
Este fenómeno es más común en el aire entre los contactos estacionarios porque esta trayectoria, para el arco no es capaz de desarrollar suficiente recuperación de la capacidad dieléctrica. También ocurre en áreas cerradas donde la presión del gas se incrementa después de cada período de conducción.
Costos. La diferencia de costos entre sistemas con el neutro aterrizado o aislado varía dependiendo del método de aterrizaje, del grado de protección que se desea y si el sistema que se va a aterrizar es nuevo o ya existe. La decisión para convertir un sistema aislado en aterrizado depende de la decisión de limitar los sobrevoltajes transitorios. Los sistemas antiguos tienen degradados los aislamientos, por la edad, las condiciones atmosféricas y los sobrevoltajes que han sufrido; por lo tanto están más expuestos a fallas y en el costo para convertirlos en aterrizados puede ser mucho menor que el costo de reparar cables, motores o transformadores si no se hace el cambio.
Tendencias en la aplicación de sistemas aterrizados. Las razones básicas para aterrizar los sistemas son :
Limitar la diferencia de potencial eléctrico entre todos los objetos conductores aislados. Separar los equipos y circuitos que fallan, cuando se produce la misma
Limitar los sobrevoltajes que aparecen en el sistema en diferentes condiciones. Selección De Los Puntos De Toma De Tierra Del Sistema
Tierra en cada nivel de voltaje. Los transformadores delta-estrella o estrella-delta bloquean efectivamente, el flujo de corriente de secuencia cero entre sistemas. Por lo tanto, debemos aterrizar en cada nivel de voltaje, para aprovechar las ventajas del aterrizaje del neutro en todas las partes de los sistemas. Cada nivel de voltaje se puede aterrizar en: el neutro del generador, el neutro del banco de transformadores de potencia o el neutro del transformador de tierra. Cualquier generador o transformador que se use para aterrizar, debe permanecer conectado al sistema, siempre. Se deben aterrizar varios generadores o transformadores, para garantizar que siempre se tenga, por lo menos, una conexión a tierra del sistema.
Otras desventajas de aterrizar en las cargas son:
Las subestaciones unitarias estándar de bajo voltaje tienen el primario en delta, entonces hay que agregar transformadores para aterrizar
Como la corriente de falla depende del número de alimentadores o puntos de aterrizaje en operación, tendremos muchas variaciones que dependerán de las condiciones de operación del sistema. Esto dificulta el relevo selectivo y puede demandar relés direccionales de tierra adicionales para evitar disparos falsos de alimentadores sin problemas.
Los embobinados de muchos motores no se diseñaron para soportar las fuerzas desbalanceadas asociadas con las fallas a tierra.
Aterrizaje en la fuente de potencia y no en la carga. No se recomienda que el sistema se aterrice en el neutro del lado de la carga de los transformadores estrella-delta o de los motores conectados en
estrella. La principal desventaja es que para garantizar de que el sistema permanece aterrizado, cuando una o más cargas salen de servicio, se deben aterrizar varias de esas cargas, sino todas. Aterrizar cada una de las barras alimentadoras más grandes. Si hay dos o más barras alimentadoras, cada una debería tener, por lo menos, un punto del neutro aterrizado. Esto es porque se puede interrumpir el circuito de interconexión. Si hay dos o más fuentes de potencia por barra, se debe prever el aterrizaje de dos fuentes en cada barra, por lo menos.
Disposición del circuito neutro. Después de seleccionar el método de aterrizaje y punto de conexión a tierra, el siguiente paso es determinar: ¿Cuántos puntos de generador o transformador se aterrizaran? Y además, ¿Se conectará cada neutro independientemente a tierra? o ¿Se establecerá una sola barra neutro con una sola conexión a tierra?
Fuente de potencia sencilla. Se puede conectar el neutro de la fuente directamente a tierra o a través de impedancia en el neutro. No se necesita interruptor o "circuit breaker" para abrir el circuito del neutro. Tampoco interesa que el neutro se mantenga aislado cuando se le da servicio al generador o el transformador. De todas maneras, el equipo de interrupción del neutro incrementaría, excesivamente, el costo del aterrizaje.
Varias fuentes de potencia. Cuando hay dos o tres generadores o transformadores de potencia, se usan impedancias individuales en el neutro. Cada neutro de cada fuente se conecta directamente a su impedancia, sin que intervenga algún equipo de conexión o desconexión. Por seguridad para el personal, es mejor usar "circuit breakers" en instalaciones interiores. Si se usan interruptores de desconexión, como los que se ocupan en instalaciones exteriores, se deben instalar en alto o encerrados en cajas metálicas y con enganche para prevenir que no lo operen, excepto cuando los primarios, los secundarios, los generadores y sus circuitos de campo se encuentren desconectados. 1.3. EQUIPOS DE PUESTA A TIERRA
Generalidades: El equipo de puesta a tierra, en contraste con los sistemas de puesta a tierra, se refiere a la forma en que los materiales conductivos, no eléctricos, que encierran a los conductores adyacentes a ellos, se interconectan y se aterrizan.
Los objetivos básicos que se buscan son los siguientes:
Asegurar que las personas en el lugar estén libres de riesgos de choques eléctricos de voltaje peligrosos.
Suministrar capacidad de conducción de corriente, tanto en magnitud como en duración adecuada para aceptar la corriente de falla a tierra que permite el sistema de protección de sobre corriente sin provocar fuego o explosiones.
Las estadísticas de accidentes en la industria eléctrica presentan evidencias claras de que muchos de los daños personales los provocan los choques eléctricos, como resultado de contacto con los elementos metálicos, que normalmente no están energizados y que se esperan que permanezcan "no energizados". Estos daños se podrían eliminar usando un equipo efectivo de puesta a tierra. Cuando hay contacto "no intencional" entre un conductor eléctrico sin energía y la armazón o estructura metálica que lo encierra (o que está adyacente), la armazón o estructura tiende a energizarse al mismo nivel del voltaje que existiera en el conductor energizado.
Para oponerse a esta tendencia y para evitar la exposición accidental a un choque peligroso de voltaje, el conductor de puesta a tierra del equipo debe ofrecer una trayectoria de impedancia baja, desde la armazón hasta la referencia de potencia cero en la unión en al entrada de la fuente o de servicio.
La impedancia del conductor de puesta a tierra debe ser suficientemente baja como para aceptar la magnitud total de la corriente de falla a tierra, sin provocar una caída de voltaje IZ peligrosa. Está cloro que el factor determinante para las características del conductor, será el valor de la corriente de falla del sistema de suministro.
Además de buscar que el peligro de exposición al choque eléctrico por voltaje sea bajo, el conductor de puesta a tierra debe funcionar conduciendo la corriente total de la falla a tierra (en magnitud y duración) sin elevar excesivamente la temperatura o sin causar la expulsión de chispas o arcos que puedan iniciar un incendio o una explosión.
El resumen de los reclamos a las compañías aseguradoras indica que uno de cada siete incendios en establecimientos industriales, tiene su origen en el sistema eléctrico.
Aunque, también es cierto, que estos informes contienen algunas responsabilidades injustificadas en la categoría de alambrado defectuoso, la mayoría de incendios se produce por dificultades en la operación del sistema eléctrico. Sin embargo, se pueden reducir los riesgos de incendio, con el desarrollo y la adopción de métodos más efectivos en el equipo de puesta a tierra de los sistemas. Conexión a tierra.
En la literatura técnica se manejan dos términos: "ground" (tierra o masa) y "earth" (tierra o planeta) que se parecen mucho, pero que realmente no son lo mismo.
El sistema eléctrico de un avión en vuelo tendrá una barra de tierra, conductor de puesta a tierra, etc., obviamente aquí no funciona el planeta tierra. Para un electricista que trabaja en un décimo piso de un edificio, su referencia de tierra es la estructura del edificio. Si el trabajador se traslada al primer piso, donde el concreto descansa sobre el suelo, o al suelo de una subestación abierta, su referencia apropiada de tierra es el planeta para evitar peligrosos choques de voltaje.
En realidad el planeta tierra en un conductor eléctrico pobre o malo, cuya resistividad es unas mil millones de veces más grande que la del cobre. Una varilla de 8 pies (2.44 m) y ¾ de pulgada (19.05 mm) de diámetro, enterrada en tierra puede representar una conexión a tierra de 25 ohmios.
Esta resistencia se forma por la combinación en serie de cilindros concéntricos de tierra y del mismo espesor. El cilindro interior es el que tiene mayor resistencia, por lo tanto es más importante. La mitad de los 25 ohmios estarán en un cilindro de 1 pie (0.3 m) de diámetro. Por la misma razón, la mitad de la caída de voltaje que resulte de la inyección de corriente en este electrodo de tierra podría aparecer entre los primeros 0.5 pies (0.15 m) de la superficie de la tierra radialmente desde el electrodo.
Si la corriente es de 1,000 amperios, el electrodo subirá su voltaje, con respecto al potencial de tierra hasta :
(1,000) (25) = 25,000 voltios
La mitad de este voltaje (12,500 voltios), aparecería como caída de voltaje entre el electrodo y la tierra colocada a sólo 0.5 pies (0.15 m) desde el electrodo. Si una persona se para 0.5 pies (0.15 m) y toca el electrodo, recibirá este potencial.
ES = potencial de la superficie de la tierra d = distancia radial desde la barra
Potencial de la superficie de tierra alrededor de una barra de tierra cuando fluye corriente.
La seguridad se mejora colocando grava con buen drenaje en el piso. En los interruptores de operación manual se colocan rejillas metálicas conectadas a la estructura metálica del interruptor para asegurar que las manos del operador y sus pies estén al mismo potencial.
Aparatos terminales : La función de aterrizar los equipos, en los aparatos terminales, es solo para conectar las partes metálicas, no eléctricas, de las cajas en que se encuentran en los aparatos terminales o que se encuentren adyacentes a cables con energía, con el conductor de aterrizaje.
Patrones típicos de conductores de la fuente de circuitos de potencia para uso en aparatos con énfasis en la distribución entre conductores de aterrizaje y aterrizados
1.4 NECESIDADES DE PUESTAS A TIERRA
Los problemas de puestas a tierra han sido objeto de numerosos estudios y dado lugar a gran numero de documentos. Con respecto a los equipos de telecomunicación y computación, se ha hecho un estudio reciente con el fin de obtener un documento sintetizado destinado a facilitar la tarea de los Electricistas.
Este estudio muestra la necesidad de realizar una puesta a tierra única dando un potencial de referencia local y define los medios para evitar de que las corrientes de fallas fluyan por caminos que no sean aquellos que deban conducirlos a tierra. (masa terrestre).
En los párrafos siguientes se estudian los casos de puesta a tierra más comunes en los centros de telecomunicaciones e informática y se dan las reglas generales de distribución y de conexiones a la puesta a tierra.
En un centro de telecomunicaciones la necesidad de puesta a tierra es de 2 tipos :
La protección de las personas y del material que constituye la red eléctrica.
El buen funcionamiento de los equipos de telecomunicación y computación . (EES).
Protección del personal y del material eléctrico
Esta protección consiste en limitar a valores prudentes (no peligrosos) las sobretensiones accidentales.
Las redes de distribución de energía eléctrica utilizan e imponen a los utilizadores, las puestas a tierra para influenciar en el comportamiento de la red en el caso de fallas a tierra (funcionamiento de protecciones en tablero eléctrico) y contribuir a la seguridad de personas
en la cercanía del sitio del defecto. Esto es además uno de los objetivos de los Norma Eléctricas nacionales que conciernen a la distribución de la energía eléctrica.
Según la situación y la estructura del edificio, en un medio urbano o rural, la protección contra las descargas atmosféricas se hace con pararrayos y una vía de descarga hacia el suelo de muy baja impedancia de no más 1 a 2 ohms.
Funcionamiento de los equipos de computación y telecomunicaciones
Para el buen funcionamiento de los equipos de telecomunicaciones e informática se debe considerar la :
Fijación de un potencial de referencia común para la red topológica de los equipos (potencial de tierra o cero).
Limitar la diafonía. Es necesario conectar a tierra una de las polaridades de la fuente de alimentación.
Atenuar o reducir las tensiones de ruido. Se debe conectar las carcazas metálicas de los cables a tierra y equipos.
Instalaciones de tierra
Para suprimir los peligros de contacto eléctrico directo , reducir el riesgo de accidentes materiales en las instalaciones y asegurar el funcionamiento de los equipos de telecomunicación es necesario hacer instalaciones de tierra según describe la Norma NCH4-2003. Tabla 10.24.
Se entiende por puesta a tierra el conjunto de tomas de tierra del o de los conductores de tierra, del colector de tierra y del sistema de distribución eléctrica.
Una puesta a tierra o electrodo de tierra se realiza por medio de piezas conductoras o Malla enterradas y se caracteriza por su valor de resistencia de tierra Rpt expresado en ohms.
Debe considerarse además, y observado por muy pocos electricista que la resistencia puesta a tierra Rpt final es una combinación y efecto del terreno ( expresado como resistividad ohmxmt ) y características físicas del electrodo elegido.
1.5. RESISTENCIA DE TIERRA
Definición de una resistencia de puesta a tierra Rpt
Supongamos una diferencia de potencial alterna entre dos puestas a tierra A y B de formas diferentes pero del mismo metal enterrados en un suelo homogéneo y distante 12 mts promedio. Desplazando un electrodo auxiliar C sobre la línea AB y obteniendo la tensión VAC , se tiene una curva de la forma indicada en la siguiente figura.
Definición de una resistencia de tierra Rpt
Si se traza en la superficie del suelo las líneas equipotenciales alrededor de A y B, se constata que a una cierta distancia da o db , la tensión Vac ya no varía : el paso de corriente entre A y B sólo modifica la repartición de potencial del suelo alrededor de los 2 electrodos.
Fuera de estas zonas realmente circulares, el suelo se encuentra por convención al potencial cero o potencial de tierra lejana o potencial de la masa terrestre.
Si se hacen las curvas para diferentes valores de corrientes o frecuencias, se constata que Va y Vb permanecen proporcionales a las corrientes. Se define ahora la resistencia de los electrodos A y B por las razones :
R
A =V
A eficR
B =V
B eficLa experiencia ha demostrado por otra parte que modificando la forma de B, su profundidad en el suelo y su posición, el valor de Ra no se modifica. Esto puede interpretarse simplemente, si se considera el electrodo A llevado al potencial Va. como la placa de un condensador, la otra la constituye la superficie del suelo a potencial cero : Ra que constituye la resistencia de fugas de este condensador es independiente de la presencia de otros electrodos (u otros condensadores con respecto al potencial cero de tierra) alejados de A.
Orden de Magnitud de los diferentes parámetros citados
Intensidad Eficaz
La mayor parte de los aparatos de medidas industriales dan para Ief un valor máximo de 20 ma eficaz.
Se pueden hacer montajes en las cuales Ief alcanza varios amperes, pero ahora Vg , Va y Vb, alcanzan algunas centenas de volts. Las tensiones de paso alrededor de los electrodos son elevadas y la vida subterránea se destruye parcialmente.
Frecuencias
Las frecuencias utilizadas están comprendidas entre algunos Hz y algunas centenas de Hz.
Los equipos de medida recientes ( Geohmetro ) están provistos de un oscilador entregando una frecuencia estable del orden de 225 Hz los cuales permiten eliminar parcialmente la influencias de corrientes perturbadoras de 50 Hz.
Radio de Círculos de limitación
El radio de los círculos de limitación están comprendido entre 2 y 5 mts.
Resistencia de puesta a tierra y medidas
Estas varían de algunas décimas de ohms a 150 ohms , según la forma del electrodo de tierra y la naturaleza del terreno.
Como ejemplo, para una puesta a tierra puntual (barra CU, estaca, varilla) se obtiene de 5 a algunas decenas de ohms : para un conductor enterrado rodeando un edificio urbano de 0,1 ohms a 1 ohms : por el contrario, en un terreno rocoso y seco se puede obtener de 100 a 150 ohms.
Representación de una toma de tierra
De la definición de la resistencia de tierra, resulta que una puesta a tierra puede ser representada por una resistencia igual a la resistencia de tierra medida con un extremo conectado a la masa terrestre (cero potencial).
En ausencia de fallas, estas puestas a tierra "no deben conducir corrientes alguna ".
Con la finalidad de que las variaciones de potencial de masas sean pequeñas, cuando se tiene una corriente de falla accidental por la puesta a tierra, se trata siempre de hacer tomas de tierra con resistencias lo más bajas posibles.
1.6. TOMAS DE TIERRA ACOPLADAS
Dos tomas de tierra muy cercanas no son eléctricamente distintas : la corriente de falla que circula por una , lleva a la otra a un potencial diferente al que tenía anteriormente con respecto a la masa terrestre. Se puede establecer un esquema equivalente de 2 tomas cercanas
midiendo sucesivamente la resistencia de la toma A, de la toma B y aquella de A y B acopladas.
Esquema equivalente de 2 puesas a tierra acopladas
Los tres valores obtenidos corresponden a :
[ ra + Rc ] [ rb + Rc ] y ( ra · rb ) ( ra + rb )
La existencia de la resistencia de acoplo Rc explica ciertas anomalías como oscilaciones, chasquidos y ruidos que suceden en los edificios donde se han hecho diversas puestas a tierra en épocas diferentes, sin estar conectadas entre ellas.
1.7. TOMAS DE TIERRAS CON METALES DIFERENTES
Es necesario evitar en una misma instalaci ón eléctrica electrodos a tierra con metales diferentes.
Los valores de potenciales electrolíticos de los metales utilizados como electrodos de tierra; el potencial de referencia cero es el hidrógeno.
METALES ELECTRODOS POTENCIALES ELECTROLITICOS
ALUMINIO -1,28V
ZINC -0,77V
FIERRO -0,43V
PLOMO -0,14V
COBRE +0,33V
Si, para lograr ciertas condiciones de conductividad, se entierra un electrodo de cobre y un electrodo de fierro, se esta haciendo una pila de 0,76V. Si estos electrodos se unen por un conductor exterior se da lugar a una corriente, el electrodo de fierro es atacado y se descompone y corroe en un cierto tiempo.
En un centro de Telecomunicaciones que tenga 2 puestas a tierra de metales diferentes, las masas metálicas conectadas a cada una de estas tomas están generalmente conectadas entre si , se tiene una conducción metálica, hay entonces una circulación de una corriente y la puesta a tierra que tiene el potencial electrolítico más bajo es atacada y corroída.
En el caso particular donde los cables tienen cubierta de plomo y llegan a un edificio es necesario unir esta cubierta a la tierra local para evitar la introducción de tensiones extrañas al sistema. Esto ha llevado para lograr suprimir la corrosión de las cubiertas de plomo de los cables de telecomunicación a no utilizar tomas de tierra con cobre desnudo sino que con cobre recubierto de plomo.
1.8. FORMULAS RESISTENCIA A TIERRA
Los tipos de tomas de tierra más utilizados son :
Estaca Vertical (maciza o hueca)
Cinturón Circular enterrado o malla
Puede no ser tan interesante calcular la resistencia exacta de una toma de tierra dada por la imprecisión sobre la resistividad del suelo, pero sí ver como varía esta resistencia en función de los parámetros que la caracterizan.
1. ESTACA VERTICAL Según RUDENBERG
Donde :
R : Resistencia de la toma de tierra en ohms : Resistividad del suelo en ohms x mt
L : Largo de la estaca en el suelo en mt
a : Radio de la estaca en mt
Estaca vertical
En terrenos homogéneos, en el caso de una estaca común (a : 0,015 mt ) se puede ver que para L > Im se tiene aproximadamente R •L = cte
En terrenos heterogéneos, la utilización de una estaca de gran longitud solo se justifica si el subsuelo tiene una resistividad menor que la capa superficial.
2. CINTURON CIRCULAR ENTERRADO
La resistencia de un cinturón circular enterrado es aproximadamente :
Donde:
r
: radio del cinturón (mt)d : diámetro del conductor, (mt)
h
: profundidad de enterrado (mt)Cinturón circular enterrado
Para valores suficientemente grandes de la relación r/d y r/h, el producto R·r permanece practicamente constante si se modifica d y h entre limites bastante grandes.
Resistencia de tierra de un cinturón medida durante su instalación
La curva de la figura, muestra la resistencia de tierra medida en el transcurso de la instalación de un cinturón en una zanja circular de 0,30mt de profundidad, en terreno homogéneo. Esto permitió de estimar la resistencia de una toma de tierra en forma de arco de círculo. Se puede notar a propósito que la resistencia de un conductor enterrado de longitud L dada, aumenta en alrededor de un 10%, si el trayecto de la zanja es circular en vez de rectilínea.
1.9. PRINCIPIO DE LA TIERRA UNICA
El principio de la tierra única consiste en :
Unir entre ellas las diferentes puestas a tierra de una instalación eléctrica determinada, aún en el caso en que estuvieran constituidas por electrodos de metales diferentes.
Luego de un falla , la corriente de falla correspondiente, circula por una resistencia de tierra que es ahora, común a las carcazas de todos los equipos.
Los potenciales de todas las carcazas de los equipos se elevan simultáneamente con respecto a tierra y no existen diferencias de potencial peligrosas entre las carcazas metálicas de los equipos para el personal o el material eléctrico sensible como principalmente tarjetas electrónicas de comunicación y/o datos de equipos ESS.
Necesidad de una tierra única
Ejemplo : La parte izquierda de la figura nos muestra una torre de telecomunicaciones o datos computacionales ( torre celulares, etc ) asociada a una puesta a tierra tipo barra vertical de resistencia
Rp.
Un edificio cercano posee una red de equipos computacionales o telecomunicaciones
E
unido, por una parte a puesta a tierra del edificio y por otra, a la cubierta metálica del cable coaxial que va a la torre de telecomunicaciones y datos. Entonces, una descarga atmosférica de intensidad de crestaIc
hace aparecer una tensión Rp • Ic entre los 2 puntos deE.
Las posibilidades de arco eléctrico ( falta de equipotencialidad ) en E se eliminan si se interconectan las 2 puestas a tierra
Rb y Rp
a través de tomas de tierra, estableciéndose una buena equipotencialidad en la instalación del sistema computacional o telecomunicaciones.Esta conexión debe hacerse con un conductor de una sección más grande que cada una de las puestas a tierra que garantice una baja Z.
1.10. PRINCIPIO DE LA DISTRIBUCION EN ESTRELLA
Los conductores de tierra deben tener secciones tales, que las corrientes de fallas que ellos desvían o conducen no puedan alterar sus características eléctricas, mecánicas y que la elevación de potencial en las uniones no sea superior a 24V. establecido en Norma NCH4-2003. Contacto indirecto zona húmeda.
Por cierto, se trata de obtener siempre resistencias de puesta a tierra lo más bajas posibles, del orden de 1 a 3 ohms.
La distribución de la puesta a tierra se debe realizar en "estrella" a fin de ir reduciendo la impedancia hacia el electrodo de tierra.
Cada instalación de tierra constituye una "estrella" en la cual el centro coincide con el centro geográfico de los equipos a poner a tierra .
La distribución en estrella disminuye el número de circuitos que pueden llevar corrientes de fugas o de fallas y las tensiones desarrolladas por estas corrientes en las diferentes partes de un circuito de distribución de tierra no modifican más que los potenciales de masas , de los aparatos asociados a ese circuito.
La referencia de potencial es aquella del suelo o tierra local (barra colectora) o aquella de la masa terrestre si la toma de tierra tiene una resistencia R muy pequeña.
Es necesario poner atención en la "independencia" de cada uno de los diferentes c ircuitos de distribución de tierra de una instalación.
Una conexión fortuita entre los circuitos de “ tierra lógica “ y de "tierra BT" constituirá, luego
de una falla de un circuito de alumbrado de la instalación eléctrica, por ejemplo variaciones a 50HZ del potencial de las carcazas de los equipos de computación unido a tierra lógica. ( posibilidad de vibraciones en imágenes en pantallas PC por inducción electromagnética, etc )
Por principio se debe utilizar cables aislados para la distribución de éstas tierras .
1.11. PUESTAS A TIERRA DE LOS EQUIPOS EN LOS
EDIFICIOS DE TELECOMUNICACIÓNSegún la importancia del edificio (ver figura) se encuentra en cada uno, ya sea una placa de conexión conectada a la puesta a tierra o varias placas conectadas al electrodo enterrado : en este último caso el número, de placas es determinado por el tamaño del edificio y el número de equipos de tipos diferentes que constituyen la concentración de equipos de telecomunicaciones.
Las conexiones a las diferentes placas unidas a la puesta a tierra se pueden dividir en 2 grupos.
La puesta a tierra de carcazas particulares de equipos de telecomunicaciones .
1.12. CARCAZAS COMUNES Y PARTICULARES 1. Carcazas comunes
Estas son las carcazas metálicas que deben ser conectadas a tierra para asegurar la protección del usuario, aplicando Norma nacionales que conciernen a la distribución de energía eléctrica, el funcionamiento de los dispositivos de seguridad como disyuntores, interruptores diferenciales y la protección contra descargas atmosféricas. El punto común será entonces la estrellas de distribución de tierra del poste de transformación MT/BT , de la distribución BT (luz y fuerza), los grupos de electrógenos, las estructuras metálicas del edificio y según el caso, los pararrayos. Los centros de estas estrellas son las placas de unión conectadas a la puesta a tierra.
2. Carcazas particulares
Para fijar estos equipos al potencial de referencia es necesario unirlos al punto común de tierra por conductores que normalmente no llevan corriente.
El punto común de tierra, es " la barra de carcaza " de la estación de energía. Las diferentes masas de los equipos son conectadas a esta barra, en particular los de transmisión. En lo que sigue , se darán las reglas generales que se aplican a los casos más frecuentemente encontrados.
Para un conjunto de equipos dados la " barra de masa o carcaza" conectada directamente a una placa de conexión de la puesta a tierra es el punto común de todos los conductores de puesta a tierra de las carcazas, ya que la "barra de cero" neutro es aquella de todos los "conductores activos" que deben ponerse al potencial de tierra.
Normalmente, el conductor C conecta a la "barra de cero" a la "barra de masa" y polariza así todos los circuitos de distribución CC.
La figura en su parte superior muestra esta regla técnica sobre los chasis dispuestos en fila, donde los bordes pintados (oxidados) se juntan por unión mecánica la continuidad eléctrica obtenida entre chasis es dudosa.
Es también, incorrecto reemplazar el conductor de protección por el conjunto de chasis en serie.
Uniendo cada chasis al conductor de protección se realiza la puesta a tierra correcta.
Los conductores de protección de los diferentes bastidores de una sala de equipos de de transmisión de datos constituyen los brazos de una estrella de distribución de tierra, todos conectados a un solo conductor el cual está a su vez unido a la barra de masa o carcaza.
Cables de Telecomunicación
Los cables de telecomunicación con cubiertas metálicas deben ser conectados a tierra luego de su llegada al edificio para evitar introducir tensiones indeseables.
Estos cables son conectados a la barra de masa de los equipos con los cuales están asociados o directamente a la puesta a tierra.
Generalmente algunos de estos cables llevan corrientes de retorno y es necesario unirlos ya sea a la "barra de cero" .
Computadores
Las masas de los gabinetes metálicos que contienen computadores o equipos EES se conectan a la "barra de masa" de la estación de energía que alimenta los computadores o la placa BT del edificio.
Las masas lógicas se deben conectar a una placa de unión de tierra lógica por cables individuales a cada computador.
Las conexiones deben tener, en lo posible una longitud inferior a 50 mts, una reactancia X muy pequeña y una sección mínima de 40 mm2 .
En todos los casos, las masas lógicas deben conectarse directamente a una placa unida a la toma de tierra.
Mantención preventiva
Es necesario hacer un control periódico del estado de las instalaciones de la puesta a tierra, es decir, del sistema de electrodos de tierra.
En lo que respecta al sistema de distribución de tierra es necesario verificar las conexiones (termofusión, apernados remaches y oxidación) y de asegurarse de la independencia de los circuitos de distribución "en estrella".
Las comúnmente llamadas "tierras ruidosas" se deben a mezclas o contactos entre los circuitos de distribución.
Para el sistema de electrodos de tierra, solamente la medida de resistencia de tierra permite una baja probabilidad de fallas.
Se recomienda una verificación y medición anual o cada 2 años como máximo.
2.1. FENOMENOS ELECTRICOS Y LIMITES NORMATIVOS
En la actualidad existe en nuestro medio, la problemática ( Fallas en IE BT ) del uso de protectores diferenciales en circuitos de alimentación a cargas con características no lineales, por que se ha detectado que estos presentan el problema del disparo intempestivo. Esta operación que evidentemente no es para nada deseada por los usuarios de las redes informáticas, muchas veces se la atribuye solo a los armónicos que generan estos equipos, desconociendo que existen otros fenómenos eléctricos en la red que también provocan ésta problemática.
Considere lo siguiente:
Desde el punto de vista del protector diferencial, el efecto del armónico solo debemos analizarlo en función de la frecuencia u orden armónico que este tenga y no de su secuencia, debido a que esta última no se relaciona con el disparo diferencial.
La frecuencia de la señal armónica produce en los diferenciales Clase AC y Clase A, un aumento en su umbral de desenclavamiento , debido al también aumento de las pérdidas en el núcleo toroidal y de la impedancia de la bobina de detección.
La siguiente gráfica muestra esta situación en un diferencial Clase AC bipolar de 30 mA.
Los computadores y cargas similares del tipo monofásico, normalmente generan el 3° armónico y múltiplos impar de éste ( 9, 15, 21 , secuencia cero ). Analizando, estos armónicos aumentan levemente el punto de desenclavamiento diferencial, pero el umbral de disparo se sigue manteniendo y por consiguiente también su acción protectora .
Según la información anterior podemos concluir, que los armónicos NO producen el disparo intempestivo de la protección diferencial , sino que podrían provocar, solo en el caso de altas frecuencias (kHz) el EFECTO DE CEGADO. Su umbral de sensibilidad aumenta. Es decir un diferencial de 30ma , operaria a 50ma, por ejemplo.
La Corriente de Fuga Permanente y el Transitorio de Encendido
Las cargas no-lineales como los computadores, impresoras, equipos de telecomunicaciones etc., producen corrientes de fuga a tierra permanente a 50HZ , esto se debe a que para estar en conformidad con las Directivas Europeas de Compatibilidad Electromagnética, los fabricantes los han equipado con filtros antiparásitos.
La NORMA EUROPEA EN-60950 autoriza valores de corriente de fuga a tierra para los equipos de automatización de oficina y computacionales de 3,5 mA en la mayoría de los casos. Mediciones reales efectuadas por la UTE (organismo francés de normalización), han arrojado los siguientes valores de corrientes de fuga en 230V
Actualmente en Chile, se trabaja con un valor típico de 1,5 mA de corriente de FUGA PERMANENTE por computador, valor que según la tabla anterior resulta ser bastante aceptable.
Otro parámetro que es importante analizar, es la CORRIENTE TRANSITORIA o PUNTA DE ENCENDIDO que se origina en el momento del encendido del equipo.
Al encender un computador la corriente de partida, o también llamada corriente en frío, puede alcanzar en promedio las 6 veces la corriente nominal del equipo. Como la corriente de fuga permanente en alguna medida se relaciona con la corriente de encendido, podemos asumir con un margen de error aceptable, que en el momento de arranque del computador,
Por tanto, la corriente de fuga permanente presenta un valor peak también del orden de las 6 veces la corriente normal a tierra de protección.
Si la corriente de fuga permanente del circuito en donde se encuentra instalado un diferencial tradicional, es aproximadamente igual a la corriente de no funcionamiento del dispositivo, toda leve punta de corriente o punto máximo de consumo (encendido de uno o varios computadores del mismo circuito), puede provocar el disparo intempestivo del diferencial.
Una forma muy clásica de resolver el problema es dividir los circuitos de alimentación (más circuitos con menos cargas por cada uno), y por consiguiente, fraccionar la corriente de fuga permanente en el conductor de tierra ; con esto, se evita que las corrientes de fuga soportadas por cada diferencial tradicional (Clase AC), lleguen a un nivel crítico susceptibles de someterlo a activaciones intempestivas.
Esta solución resulta evidentemente antieconómica, debido generalmente a la gran cantidad de computadores que es posible de existir en las instalaciones actuales, además, que no ofrece un 100% de seguridad de que no operen los diferenciales tradicionales, si la propia instalación presenta fuertes sobrecorrientes transitorias.
Los Diferenciales con Alto Poder de Inmunización HPI
Si bien en cierto la tecnología en la construcción de los diferenciales ha mostrado un notable aumento, lamentablemente estas mejoras (sobre todo en circuitos de alimentación a cargas
computacionales), en ocasiones no son suficientes en la eliminación de los cegados y disparos intempestivos.
El cegado tiene un efecto directo en la protección del usuario , debido a que este queda desprotegido frente a defectos de aislación por la no operación del diferencial ( no disparo en presencia de falla ).
En cambio el disparo intempestivo (operación sin presencia de falla), sacrifica la continuidad del servicio, la que evidentemente es una de las premisas principales a cumplir dentro del diseño de los sistemas de protección.
Por lo anterior, y en su constante preocupación de asegurar el más alto nivel de seguridad y calidad se ha introducido al mercado nacional su gama de :
Protecciones con ALTO PODER DE INMUNIDAD ( Protectores HPI ) los que aseguran la integridad del usuario como la continuidad del servicio.
La tecnología de los diferenciales HPI, está basada en el mismo principio de funcionamiento que la tecnología estándar y está especialmente diseñada para resistir las perturbaciones cada vez más frecuentes, debido a las diferentes etapas que debe sortear la corriente de fuga para poder lograr el disparo de la protección diferencial.
Ahora bien, si la corriente de fuga transitoria es suficiente para activar por sí solo el diferencial (por ejemplo 25 mA), entonces solo existe una solución: utilizar un diferencial Hpi.
