Bibliografía.

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1 Bibliografía

2 Libro de texto 1- Conceptos Fundamentales
Tierras eléctricas, Armando Llamas, Jorge de los Reyes, Jesús Baez, Innovación Editorial Lagares, Monterrey, 2005.

3 1- Conceptos Fundamentales
Sistema eléctrico Puesta a tierra del sistema Puesta a tierra de equipos Definiciones CONDUCTOR DE PUESTA A TIERRA (GROUND) PUESTO A TIERRA (GROUNDED) PUESTO A TIERRA EFICAZMENTE (EFFECTIVELY GROUNDED) CONDUCTOR DE PUESTA A TIERRA DE EQUIPO (EQUIPMENT GROUNDING CONDUCTOR) CONDUCTOR PUESTO A TIERRA (GROUNDED CONDUCTOR) CONDUCTOR DEL ELECTRODO DE PUESTA A TIERRA EQUIPO DE ACOMETIDA (SERVICE EQUIPMENT) PUENTE DE UNIÓN PRINCIPAL (MAIN BONDING JUMPER) BARRA DE PUESTA A TIERRA (EQUIPMENT GROUNDING BUS) BARRA DE NEUTROS (NEUTRAL BUS) SISTEMA DERIVADO SEPARADAMENTE (SEPARATELY DERIVED SYSTEM) Sistemas de distribución de energía eléctrica comúnmente utilizados SISTEMA MONOFÁSICO DE DOS HILOS SISTEMA MONOFÁSICO DE TRES HILOS SISTEMA TRIFÁSICO

4 Sistema Eléctrico Porción de los conductores eléctricos que forman un nivel de tensión, delimitado por transformadores. En caso del último transformador, es la porción de los conductores que van del transformador a la carga. D.W. Zipse, “Earthing – Grounding Methods: A Primer”, IEEE. Puesta a tierra del sistema: Conexión intencional de un conductor de fase o conductor neutro con el terreno, con el propósito de controlar el voltaje a tierra dentro de límites predecibles. IEEE St 142.

5 Dos sistemas eléctricos: Media tensión y baja tensión
cuchillas fusibles en media tensión apartarrayos equipo de desconexión principal carga neutros transformador tierras Las cuchillas en media tensión permiten, mediante la desconexión, el acceso a apartarrayos y terminales de media tensión del transformador. Además protegen al transformador contra daño por sobrecarga y corto circuito. Los apartarrayos protegen al devanado primario contra sobrevoltajes transitorios. La función de éstos es limitar las excursiones de los voltajes en terminales primarias con respecto al tanque que contiene los devanados. Es por esto que la unión de apartarrayos a terminales primarias y a tanque debe ser los más directa posible. El sistema de electrodos está formado por un electrodo por dos electrodos artificiales y la tubería del agua. Los tres deben estar unidos, como se indica en la figura. El gabinete del transformador y del equipo de desconexión principal son uno solo, como en una subestación unitaria. Este gabinete se una al sistema de electrodos en dos puntos , en el conductor de bajada del apartarrayos y en el conductor del sistema de electrodos. Una variante consistiría en eliminar la bajada de pararrayos, uniendo sólo a tanque de transformador- y gabinete de equipo de desconexión principal y bajar a sistema de electrodos sólo en el conductor del sistema de electrodos. Los dos electrodos artificiales se unen ahora a nivel del terreno, ver siguiente SLIDE. El secundario del transformador forma un sistema derivado separadamente y como tal se debe conectar a tierra. La barra de neutros, aislada del gabinete se une a la barra de tierras mediante el puente de unión principal, PUP. El conductor puesto a tierra o neutro se une sólo en este punto a tierra. Los gabinetes, las canalizaciones metálicas se deben unir a tierra. Situación que se enfatiza en la figura mediante los puntos rellenos que indican unión. Estas uniones deben ser mediante conectores apropiados. De ninguna manera son apropiados los llamados “entorchados”. Un entorchado en puestas a tierra denota un instalación de mala calidad. puente de unión principal conductor de puesta a tierra de equipo tubería hidráulica .

6 ¿Porqué aterrizar el sistema de alimentación eléctrica?
NEC 250-1, FPN No.1 (FPN = “Fine Print Note”). a) limitar los sobrevoltajes transitorios debidos a descargas atmosféricas, a maniobras con interruptores, b) para limitar los voltajes en caso de contacto accidental del sistema de alimentación con líneas de voltaje superior y c) para estabilizar el voltaje del sistema de alimentación con respecto a tierra.

7 Puesta a tierra del sistema de alimentación
transformador transformador delta Y delta Y X3 X3 fase c fase c X2 X2 fase b fase b X1 X1 fase a fase a X0 X0 Ia Ia Ib conductor Ib puesto a tierra Ic Ic G G sistema de electrodos puente de unión principal a) sin puesta a tierra b) puesto a tierra

8 EJEMPLO 1 Respecto a la Figura a) de la filmina 7, y considerando un voltaje secundario de 208 V entre líneas. ¿Cuál es el voltaje entre X1 y X2? ¿Cuál es el voltaje entre X1 y X0? ¿Cuál es el voltaje entre X1 y la barra que se une al electrodo de tierra, rotulada con una G? SOLUCIÓN: 208V; 120 V; No sabemos, al realizar una medición podría ser 120V; pero también podría tener cualquier otro valor. Cuando las cargas, rotuladas fases a, b y c tienen electrónica de estado sólido que realiza conexiones y desconexiones (como en un Drive de CD), la forma de onda del voltaje a tierra es bastante arbitraria debido a los transitorios de desconexión y conexión. X3 X2 X1 X0 G

9 EJEMPLO 2 Respecto a la Figura b), y considerando un voltaje secundario de 208 V entre líneas. ¿Cuál es el voltaje entre X1 y X2? ¿Cuál es el voltaje entre X1 y X0? ¿Cuál es el voltaje entre X1 y la barra que se une al electrodo de tierra, rotulada con una G? ¿Qué valor de voltaje se encontraría entre la barra de neutros y la barra G? SOLUCIÓN: 208V; 120 V; 0V, a menos que hubiera una corriente extremadamente alta en el puente de unión principal. X3 X2 X1 X0 G

10 ¿Porqué se requiere la puesta a tierra de equipos?
NEC 250-1, FPN No.2 a) limitar el voltaje de los materiales metálicos no portadores de corriente con respecto a tierra y b) que en caso de falla a tierra, opere la protección de sobrecorriente

11 Puesta a tierra de equipo
chasis chasis i fase fase neutro neutro tierra tierra i (b) La protección de sobrecorriente (a) Alambrado correcto. opera en caso de que el hilo vivo toque accidentalmente el chasis . chasis energizado jarp fase neutro tierra (c) La ausencia de la puesta a tierra de equipo es un peligro de electrocución

12 Términos de tierras eléctricas

13 EJEMPLO 3 . Dibuje el diagrama de un transformador seco monofásico que reduce de 480 V a 240 V con derivación central. Al transformador deben llegar tres hilos, dos no puestos a tierra y uno de puesta a tierra de equipos. El interruptor del secundario es de 20 A dos polos. El transformador se utiliza para alimentar un equipo de aire acondicionado de ventana y la canalización que lleva la alimentación es metálica. Se dispone de un electrodo local en la estructura metálica del edificio. El gabinete del transformador y del dispositivo de protección contra sobrecorriente es el mismo. Los equipos cuentan con puesta a tierra de equipos; pero el sistema no está puesto a tierra. SOLUCIÓN: La filmina siguiente muestra el diagrama de conexiones con las características descritas. Esta configuración no satisface los requerimientos de la NOM, ya que el sistema debe estar puesto a tierra según el artículo (b) (1).

14 Puesta a tierra de equipos en un sistema flotado
+ + 240 V 480 V - - conduit gabinete de transformador y dispositivo de protección contra sobrecorriente aire acondicionado de ventana

15 EJEMPLO 4 En el sistema de 240 V de CA de la filmina antertior. ¿Qué valor de voltaje existe de la terminal rotulada + a tierra? ¿Qué problemas podrían presentarse debido a esta situación? SOLUCIÓN: En estado estable podría ser del orden de 120 V; pero debido a que el sistema no está puesto a tierra puede tomar cualquier valor. Esa situación podría originar una falla en el aislamiento de los conductores o del motor.

16 EJEMPLO 5 Dibuje el diagrama de un transformador seco monofásico que reduce de 480 V a 240 V con derivación central. Al transformador llegan dos hilos no puestos a tierra. El interruptor del secundario es de 20 A dos polos. El transformador se utiliza para alimentar un equipo de aire acondicionado de ventana y la canalización que lleva la alimentación es plástico (poliducto) embebido en concreto. Se dispone de un electrodo local en la estructura metálica del edificio. La derivación central se une al electrodo. Al equipo de aire acondicionado sólo llegan dos conductores no puestos a tierra con 120 V nominales de cada uno de ellos a tierra y 240 V entre ellos mismos. SOLUCIÓN: La filmina siguiente muestra el diagrama de conexiones con las características descritas anteriormente. Esta configuración no satisface los requerimientos de la NOM-001, ya que no cuenta con puesta a tierra de equipos de acuerdo con lo requerido por los artículos , y

17 Sistema aterrizado sin puesta a tierra de equipos
+ + 240 V 480 V - - Aire acondicionado de ventana

18 EJEMPLO 6. En el sistema de 240 V de CA de la filmina anterior ¿Qué valor de voltaje existe del gabinete del equipo de aire acondicionado a tierra? ¿Qué problemas podría presentarse debido a esta situación? SOLUCIÓN: En estado estable el voltaje es cero o cercano a cero; pero debido a que no cuenta con el conductor de puesta a tierra de equipos puede adquirir cualquier valor, y en caso de contacto accidental con alguno de los conductores no puestos a tierra podría presentar 120 V a tierra. El problema o riesgo que se presenta ante esta situación es el de choque eléctrico si alguien toca el gabinete y hace contacto además con el terreno.

19 EJEMPLO 7 Dibuje el diagrama de un transformador seco monofásico que reduce de 480 V a 240 V con derivación central. Al transformador llegan dos hilos no puestos a tierra y un tercer hilo de puesta a tierra. El interruptor del secundario es de 20 A dos polos. El transformador se utiliza para alimentar un equipo de aire acondicionado de ventana y la canalización que contiene el cableado de alimentación es metálica. Se dispone de un electrodo local en la estructura metálica del edificio. El gabinete del transformador y del dispositivo de protección contra sobrecorriente es el mismo y contiene una barra de neutros y otra de tierras. El sistema está puesto a tierra y cuenta con puesta a tierra de equipos en todas las partes metálicas no portadoras de corriente. SOLUCIÓN: La filmina siguiente corresponde al diagrama solicitado. Nótese que para garantizar una baja impedancia en caso de falla a tierra, el conductor de puesta a tierra de equipos debe estar dentro de la misma canalización.

20 Sistema aterrizado y con puesta a tierra de equipos
Puesta a tierra y conductores del circuito en la misma canalización 20 A + + 240 V 480 V - -

21 Sistema derivado separadamente
SISTEMA de alambrado de una propiedad, cuya energía procede de una batería, o de un sistema fotoeléctrico solar, o de un generador, transformador o de los devanados de un convertidor y que no tiene conexión eléctrica directa incluyendo al conductor del circuito sólidamente puesto a tierra, con los conductores de suministro que provengan de otro sistema. secundario de un transformador (no autotransformador) un generador de emergencia con interruptor de transferencia de cuatro polos, un UPS con “bypass” a través de transformador, un transformador ferroresonante. Identifique el neutro (punto central del transformador) Identifique el conductor puesto a tierra. Identifique la barra de neutros Identifique la barra de tierras Identifique el puente de unión principal Identifique puentes de unión

22 Ejemplos de sistemas derivados separadamente en transformadores
delta Y x3 delta delta x2 x3 x1 x2 x0 x1 a) transformador trifásico delta - estrella b) transformador trifásico delta - delta x1 x1 x0 x0 x2 c) transformador monofásico de tres hilos d) transformador monofásico

23 EJEMPLO 8 A continuación se presenta un ejemplo de un sistema no derivado separadamente. La filmina siguiente muestra el secundario Y de un transformador. El punto central de esta estrella llega a barra de neutros y ésta se une a barra de tierras mediante el puente de unión principal y así se realiza la puesta a tierra del sistema. La alimentación principal hacia la carga es el secundario del transformador. La alimentación secundaria o de respaldo es el generador. La posición normal de los contactores en el tablero de la transferencia automática es la mostrada en la Figura, i.e. la carga se alimenta normalmente del secundario del transformador. Debido a que la transferencia es de tres polos el conductor puesto a tierra de la alimentación principal se une al punto central de la Y del generador, pasando por la barra de neutros de la transferencia y de allí salen los neutros hacia las cargas. Nótese que al unir la barra N con la barra G en el generador se estaría uniendo el neutro a tierra en un punto más allá del equipo de desconexión principal, hacia el lado de la carga, contraviniendo lo establecido en el artículo de la NOM.

24 El generador no es un sistema derivado separadamente
Conductores de puesta a tierra de equipo G Transformador y equipo de desconexión principal N 3 f Conductor puesto a tierra 3 f Canalización N 3 f Conductores de fase no aterrizados Conductores de fase no aterrizados G barra de neutros Tablero del interruptor automático de transferencia de tres polos 3 f A la carga

25 Sistema monofásico de dos hilos

26 Sistema monofásico de dos hilos sin puesta a tierra de equipos

27 Sistema monofásico de tres hilos simplificado

28 EJEMPLO 9 . Realizar el diagrama de conexiones a partir del equipo de desconexión principal, incluyendo un tablero de circuitos derivados que alimente a las dos cargas de 120 V y a la de 240 V. Equipo de desconexión principal Tablero de circuitos derivados ACEE ITESM ITESM Barra de neutros (aislada del gabinete) Barra de tierras (unida al gabinete)

29 Sistema trifásico de cuatro hilos

30 EJEMPLO 10 Modifique el diagrama trifilar de la filmina anterior, para que en lugar de alimentar cargas monofásicas se alimente a un centro de control de motores. Suponga que el voltaje nominal entre líneas es 208 V y que el control requiere 120 V. SOLUCIÓN: El neutro se une a tierra en el equipo de desconexión principal y no se une el centro de control de motores. El centro de control de motores requiere el neutro para el control; pero no para el motor. Los tres conductores de fase y el de puesta a tierra de equipos en la misma canalización