CABLEADO Y PUESTA A TIERRA DE EQUIPOS

OBJETIVOS DE LA PUESTA A TIERRA. Las puesta a tierra son necesarias por : SEGURIDAD PERSONAL. PROTECCIÓN DEL SISTEMA COMPORTAMIENTO ADECUADO EN EQUIPOS ELECTRÓNICOS (CONTROL DE RUIDO)

SEGURIDAD PERSONAL Un sistema correctamente aterrado minimiza las diferencias de potencial que puedan aparecer entre varios componentes del sistema bajo condiciones de estado estable y transitoria. La seguridad personal es la razón principal para que todo equipo deba tener un conductor de puesta a tierra diseñada para prevenir la posibilidad de tensiones de toque cuando hay una falla interna en una pieza de un equipo. La tensión de toque es la tensión entre dos superficies conductoras, las cuales pueden ser simultáneamente tocadas por un individuo. La tierra puede ser una de estas superficies.

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SEGURIDAD PERSONAL                                                               

SEGURIDAD PERSONAL                                                               

SEGURIDAD PERSONAL No debe haber paneles o carcasas metálicas flotantes en la vecindad de los circuitos eléctricos. En el evento de una falla de aislamiento, cualquier carga eléctrica la cual aparece dentro de un panel, encerramiento o Bandeja portacables (raceway) debe ser drenada a tierra o a un objeto el cual está confiablemente aterrizado  .

SEGURIDAD PERSONAL Todas las partes metálicas tales como:   Carcasas de equipos Bandeja portacables (Raceways) y tuberías metálicas (Conduits) Conductores de puesta a tierra de equipos. Electrodos de puesta a tierra Todos deben estar unidos en un sistema eléctrico continuo. Lo anterior por razones de seguridad personal, reducción de peligro de fuego, protección de equipos y comportamiento de los equipos.

PROTECCION DEL SISTEMA Una trayectoria de retorno de falla a tierra al punto donde el conductor de neutro de la fuente de potencia es aterrado es un rasgo esencial de seguridad. El NEC y algunos códigos de cableado permiten una tubería metálica continua eléctricamente para servir como ésta trayectoria de retorno a tierra. Algunos códigos requieren que la tubería metálica sea complementada con un conductor desnudo o aislado incluido con los otros conductores de potencia.  

PROTECCION DEL SISTEMA  Una falla de aislamiento, la cual permite a un conductor de fase hacer contacto con una carcasa hallará una trayectoria de regreso de baja impedancia hacia la fuente. La sobre corriente resultante, causará que el dispositivo de protección rápidamente desconecte el circuito fallado.

PROTECCION DEL SISTEMA El NEC artículo 250 – 251, expresa que una puesta a tierra efectiva debe: Ser permanente y continua Tener capacidad para conducir en forma segura cualquier corriente de falla que se genere Tener suficiente baja impedancia para limitar la tensión a tierra y facilitar la operación de los dispositivos de protección en el circuito. La tierra (suelo) no debe ser usada como el único conductor a tierra del equipo.

COMPORTAMIENTO DE EQUIPOS ELECTRÓNICOS (CONTROL DE RUIDO) El control de ruido incluye transitorios provenientes de todas las fuentes. Aquí es donde la puesta a tierra se relaciona a la calidad de la potencia. Cualquier cosa que sea hecha al sistema de puesta a tierra para mejorar el comportamiento ante el ruido, debe ser realizada en adición del requerimiento mínimo de seguridad definido por el NEC.

CONTROL DE RUIDO El objetivo primario de la puesta a tierra para control de ruido es crear un sistema de tierra equipotencial. Las diferencias de potencial entre diferentes puntos de tierra pueden estresar el aislamiento, crear corrientes a tierra circulantes en los cables de bajo voltaje, e interferir con equipo sensible que pueden estar aterrados en diferentes puntos del sistema.

PROBLEMAS TÍPICOS DE CABLEADO Y PUESTA A TIERRA A continuación se describen algunos problemas típicos de la calidad de la potencia que son debidos al inadecuado cableado y puesta a tierra de sistemas eléctricos. Es muy útil conocer de éstos problemas cuando se realizan investigaciones en el sitio, puesto que muchos de los problemas pueden ser detectados mediante una simple observación. Otros problemas requieren mediciones de tensiones, corrientes, o impedancias en los circuitos.

PROBLEMAS CON CONDUCTORES Y CONECTORES   Una de las primeras cosas a ser hechas durante una investigación en el sitio, es inspeccionar el panel principal y la mayoría de los sub-paneles para problemas con conductores o conexiones. Una mala conexión (fallada, perdida o conexión resistiva) resultará en un calentamiento, posible arco, y quema de aislamiento.

  PÉRDIDA DE LA TIERRA DE SEGURIDAD Si la tierra segura está perdida, una falla en el equipo desde los conductores de fase al encerramiento resultará en un potencial de línea en la superficie expuesta del equipo. Los breaker no dispararán y resultará una situación peligrosa.

  CONEXIONES MÚLTIPLES NEUTRO A TIERRA A menos que haya una fuente derivada de potencia, el único punto donde se une el neutro y la tierra debe ser en el panel principal (Service entrance). El neutro y la tierra deben estar separados en todos los paneles y tableros eléctricos. Uniones neutro–tierra aguas abajo resultará en caminos paralelos para la corriente de retorno de la carga donde uno de los caminos se convierte en el circuito de tierra. Esto puede causar mala operación de los dispositivos de protección. También, durante una condición de falla, la corriente de falla se dividirá entre la tierra y el neutro, lo cual podría impedir la operación adecuada de los dispositivos de protección ( un serio problema de seguridad). Esto es una violación directa del NEC

ERRORES TÍPICOS DE CABLEADO QUE GENERAN CORRIENTES POR EL CONDUCTOR DE TIERRA. Las corrientes de fuga en los conductores de puesta a tierra de los equipos o en los caminos de tierra de referencia puede causar variaciones en los niveles de potencial a tierra a través del sistema de puesta a tierra de los equipos.

( Volts 1.25V 0 V )- -) N G Una conexión neutro-tierra hace que la corriente se divida por el neutro y el sistema de puesta a tierra creando problemas de interferencia electrómagnetica y ruido en equipos. Igualmente eleva el potencial de la partes metalicas respecto a tierra.

  VARILLAS DE TIERRA ADICIONALES No deben incluir varillas de tierra aisladas para establecer una nueva referencia de tierra para los equipos. Crean un camino adicional para las corriente de descarga de los rayos. Con la varilla de tierra en la acometida, cualquier rayo que alcanza la instalación va a tierra en la acometida y el potencial de tierra de toda la instalación aumenta simultáneamente. Con una varilla de tierra adicional, una porción de la corriente del rayo fluirá en el cableado del edificio (conductor verde de tierra y /o la tuberia metálica) para alcanzar las varillas de tierra adicionales. Esto crea un posible problema de tensión transitoria para el equipo y un problema de sobrecarga para los conductores.

Varillas de tierra adicionales Esta técnica de instalación puede causar extremas y peligrosas condiciones de tensión entre diferentes objetos metálicos aterrizados durante fallas en el sistema de potencia o durante descargas atmosféricas.

    LOOPS DE TIERRA   Los loops de tierra son uno de los más importantes problemas de puesta a tierra en muchos ambientes comerciales e industriales, que incluyen equipos de procesamiento de datos y comunicaciones. Si dos dispositivos están aterrizados vía diferentes caminos y un cable de comunicación entre los dispositivos provee otra conexión a tierra entre ellos, resultará un loop de tierra.

LOOPS DE TIERRA Diferentes potenciales de tierra en las dos puestas a tierra de potencia pueden causar corrientes circulantes en este loop de tierra si existe una trayectoria completa. Aún si no hay un camino completo, el aislamiento que está previniendo la corriente a fluir puede flamear a causa de que los niveles de aislamiento de los circuitos de comunicación son generalmente muy bajos.

LOOPS DE TIERRA Estos sistemas separados son difíciles de mantener al mismo nivel de tensión, especialmente si son aterrizados en diferentes sitios y entran al edificio a al área del equipo desde diferentes lados.

LOOPS DE TIERRA Este arreglo puede ser vulnerable a corrientes a través de las líneas de potencia o en las de datos, las cuales entran vía la unión de de tierras de potencia o la conexión de tierras de cables de datos y pantallas de cables.  

  CONDUCTOR DE NEUTRO INSUFICIENTE. Las fuentes suicheadas e iluminación fluorescente con balasto electrónico se están convirtiendo muy comunes en ambientes comerciales. El alto contenido de tercer armónico presentes en estas cargas pueden tener un impacto muy importante sobre el dimensionamiento requerido del conductor de neutro. Las corrientes armónicas de tercer orden en un sistema balanceado, se sumarán en el neutro más bien que cancelarse en el caso de corrientes a 60 Hz. En edificios comerciales con una diversidad de fuentes de potencias suicheadas, la corriente de neutro está típicamente en el rango de 140% a 170% de la magnitud de la corriente de fase a frecuencia fundamental.

SOBRECARGA EN NEUTROS

PRÁCTICA CORRECTA DE PUESTA A TIERRA La práctica recomendada es utilizar un sistema de suministro AC solidamente aterrado e instalar conductores de puesta a tierra en circuitos que alimentan las cargas eléctricas y equipos electrónicos.

PRÁCTICA CORRECTA DE PUESTA A TIERRA Todos los electrodos usados para puesta a tierra de :   Sistema de potencia Sistema de comunicaciones Sistema de descargas atmosféricas. Deben estar efectivamente y permanentemente unidos. Todos los sistemas metálicos deben ser unidos al sistema de electrodo de puesta a tierra en la acometida. (Service Entrance). Estos incluyen: Tuberías de agua metálica Estructuras de acero Otros similares.

CONEXIÓN DE PT EN LA ACOMETIDA

PUESTA A TIERRA DE EQUIPOS Este termino se refiere a la conexión a la tierra del sistema de potencia de todas las partes metálicas no transportadoras de corriente de un sistema de potencia en el cual se podría generar un contacto accidental con los conductores de fase y neutro. Estas partes metálicas incluyen: Bandejas Portacables Tuberías metálicas Conductores de puesta a tierra Carcasas de equipos Todos estos items son finalmente aterrados all electrodo de puesta a tierra de la acometida o en la fuente derivada de alimentación. La puesta a tierra de equipos es requerida por razones de Seguridad personal y protección del sistema.

PUESTA A TIERRA DE EQUIPOS CONFIGURACIÓN ESTANDAR Esta usa un conductor de puesta a tierra aislado típicamente de color verde, corriendo con los conductores de fase y neutro suplementario a las bandejas portacables y tuberías metálicas aterradas.

PUESTA A TIERRA DE EQUIPOS CONFIGURACIÓN ESTANDAR El sistema de tubería metálica y bandeja portacable podría depender solamente de la integridad de las conexiones metálicas en las junturas, tableros, cajas de unión, etc. Los caminos de puesta a tierra inefectivos pueden comprometer la seguridad personal también como la operación de los supresores de onda y filtros localizados en los equipos electrónicos. Además, las corrientes que fluyen sobre las superficies aterradas, podrían tomar trayectorias menos apropiadas tales como a través de los equipos y cables de datos. El propósito del conductor de puesta a tierra aislado es aumentar la confiabilidad del sistema de bandeja portacable o tubería metálica aterrados.

PUESTA A TIERRA DE EQUIPOS CONFIGURACIÓN ESTANDAR Si una falla a tierra ocurriera en el lado de la carga, como se observa en la Figura, el sistema aterrado proveería una trayectoria efectiva a tierra

El experimento de Kaufmann El experimento de Kaufmann demostró la importancia de enrutar los conductores de potencia y tierra por el mismo camino.

El experimento de Kaufmann En una comparación de las impedancias relativas a una tubería de acero (conduit) de 100 pies de longitud vs un conductor #4/0 aislado de tierra (externo a la tubería), el 90% de la corriente de falla a tierra fluyó a lo largo de la tubería y únicamente el 10% fluyó a través del conductor de tierra conectado fuera de la tubería . La impedancia de la tubería (conduit) fue nueve veces menor que la impedancia de los conductores a tierra externos a la tubería. Pero, cuando el conductor #4/0 de tierra fue enrutado con los conductores de fase, dentro de la tubería, el 80% de la corriente de falla fluía sobre el conductor de aterramiento y únicamente un 20% fluyó sobre la tubería.    Para completar la comparación, cuando el acero del edificio se comparó con la tubería rígida, el 95% de la corriente de falla fluyó sobre la tubería y sólo el 5% fluyó sobre el acero de edificio.

RESUMEN DE CABLEADO Y PUESTA A TIERRA   Donde sea posible use ramales individuales de alimentación a las cargas electrónicas. La tuberia metalica nunca debe ser la unica fuente de aterramiento (aún si esto es legal). Los conductores de tierra deben ser del mismo tamaño de los conductores de fase y la tuberia metalica debe ser unida en ambos terminales. Nunca debe haber corrientes fluyendo en el sistema de puesta a tierra bajo condicones de operación normal. Para evitar potenciales de toque peligrosos, todos los equipos y carcasas deben estar conectados sistema de aterramiento. Sólo hay un unico punto donde se une el Neutro y la tierra. (Excepto en sistemas derivados).