Contenido Sistemas no puestos a tierra Electrodos aislados
Unión neutro tierra El tomacorrientes o receptáculo
Transformador de aislamiento DISTURBIOS DE MODO COMÚN Y DE
MODO DIFERENCIAL VOLTAJE DE NEUTRO A TIERRA AISLAMIENTO
GALVÁNICO Impedancia del conductor del electrodo Puesta a
tierra de equipos aislada Estructura de referencia de
señal
Introducción LA MAYORÍA de los problemas de la mala
calidad de la energía eléctrica se deben a errores
de alambrado, y de éstos la mayoría están
relacionados con tierras eléctricas. Por ello, en este
segmento decidimos abordar algunos de los errores de alambrado
más comunes, así como los problemas que
éstos ocasionan. Se presenta la manera en que el
transformador de aislamiento aminora algunos disturbios.
Sistemas que deben ponerse a tierra La sección 250-5 (b)
indica qué circuitos de c.a. de 50 a 1 000 V se deben
poner a tierra: Cuando el sistema puede ser puesto a tierra de
modo que la tensión eléctrica máxima a
tierra de los conductores no-puestos a tierra no exceda 150 V.
Cuando en un sistema de tres fases y cuatro conductores conectado
en estrella el neutro se utilice como conductor del circuito.
Cuando en un sistema de tres fases y cuatro conductores conectado
en delta el punto medio del devanado de una fase se utilice como
conductor del circuito. Cuando un conductor de acometida puesto a
tierra no esté aislado, según las excepciones de
230-22, 230-30 y 230-41 de la NOM
120 V 120 V (Gp:) 120 V 120 V (1) = 150 V líneas a tierra
(2) Se usa el punto central de la Y para alimentar cargas de
línea a neutro 120 V 127 V 277 V 240 V 240 V 120 V 240 V
(3) Se usa el punto central de una fase de la delta (4) Llega un
desnudo en acometida
Excepciones 250-5 EXCEPCIÓN 1: Los sistemas
eléctricos usados exclusivamente para suministrar
energía a hornos eléctricos industriales para
fundición, refinado, templado y usos similares.
EXCEPCIÓN 2: Los sistemas derivados independientes
utilizados únicamente para rectificadores que alimenten
sólo a motores industriales de velocidad variable.
EXCEPCIÓN 3: Eléctrica nominal del primario sea
inferior a 1 000 V, siempre que se cumplan las condiciones
siguientes: Que el sistema se use exclusivamente para circuitos
de control. Que las condiciones de mantenimiento y
supervisión aseguren que sólo personas calificadas
atienden la instalación. Que haya continuidad de la
energía en el control. Se instalan detectores de falla a
tierra en el sistema de control. EXCEPCIÓN 4: Los sistemas
aislados, tal como lo permiten los artículos de la Norma
Oficial Mexicana. NOTA: El uso de detectores adecuados de tierra
en instalaciones sin aterrizar, puede ofrecer mayor
protección. EXCEPCIÓN 5: Los sistemas con neutro a
tierra a través de una alta impedancia en el que la
impedancia a tierra, generalmente una resistencia, limite al
mínimo el valor de la corriente eléctrica de falla
a tierra. Se permiten sistemas con neutro a tierra a
través de una alta impedancia en instalaciones
trifásicas de c.a. de 480 a 1 000 V, siempre que se
cumplan las condiciones siguientes: Que las condiciones de
mantenimiento y supervisión aseguren que sólo
personas calificadas atienden la instalación. Que se
requiera continuidad en la energía. Que se instalen
detectores de falla a tierra en el sistema. Que el sistema no
alimente cargas de línea a neutro.
250-5 (d) Puesta a tierra de sistemas derivados separadamente Un
sistema de alambrado de usuario cuya alimentación se
deriva de los devanados de un generador, transformador o
convertidor y no tenga conexión eléctrica directa,
incluyendo un conductor del circuito sólidamente puesto a
tierra, para alimentar conductores que se originan en otro
sistema, sí se debe poner a tierra según lo
anteriormente indicado en (a) o (b). Se debe poner a tierra como
se indica en 250-26 de la NOM. NOTA 1: Una fuente alterna de
energía de c.a., por ejemplo un generador, no es un
sistema derivado separadamente si el neutro está
sólidamente interconectado al neutro de la
instalación que parte de una acometida. NOTA 2: Para los
sistemas que no son derivados separadamente y que no se exige que
estén puestos a tierra como se especifica en 250-26,
véase en 445-5 el tamaño nominal mínimo de
los conductores que deben transportar la corriente
eléctrica de falla.
Ejemplo 1 Un transformador ferrorresonante no puesto a tierra en
donde la falla se manifestaba como la interrupción
intermitente de la comunicación entre equipos
electrónicos.
Mediciones en secundario de ferrorresonante no puesto a tierra
Las mediciones sugerían que el secundario estaba sin
puesta a tierra. Para comprobarlo, se conectó una
lámpara incandescente entre L2 y G. Al momento de conectar
la lámpara el voltaje cambió de 60 V a cero con lo
que se confirmó que el sistema eléctrico formado
por el secundario del ferrorresonante no estaba puesto a
tierra.
EJEMPLO 2 Consideremos ahora el caso de un sistema derivado
separadamente formado por un DRIVE y una FEI. El personal de la
planta nos informó de pérdida continua de paquetes
de información. Suministro de CD con fluctuaciones e
interrupciones. Suministro de CA sin fluctuaciones y sin
interrupciones. Voltaje entre líneas senoidal, valor rms
casi constante. Pérdida de paquetes de información
Voltaje entre cualesquiera de las líneas y tierra con
forma de onda errática y valor rms inestable. Sistema
derivado separadamente => Unión de una de las
líneas a tierra Desaparece la pérdida de paquetes
de información
Electrodos aislados
Electrodos aislados, NOM y Esmeralda 250-86 prohíbe
emplear los conductores de bajada o los electrodos del sistema de
pararrayos en lugar de los electrodos artificiales de la
sección 250-83. 250-86 indica que esta prohibición
no significa que los electrodos de distintos sistemas no se deban
unir. La nota dos indica que la unión de los electrodos de
los distintos sistemas limitará las diferencias de
potencial entre los electrodos y los alambrados asociados.
250-71(b), corresponde a los detalles de la unión del
sistema de tierras de alimentación eléctrica con
los otros sistemas de tierra (pararrayos, cable, comunicaciones y
teléfono). La sección 9.10.16 del libro esmeralda
del IEEE recomienda claramente la unión de los distintos
sistemas de electrodos.
EJEMPLO 3 Si bien, el desarrollo de grandes diferencias de
voltaje entre gabinetes conectados a electrodos separados cuando
se presenta una descarga atmosférica no es común,
durante una visita que realizamos a una planta de
generación de energía eléctrica en Altamira,
Tamaulipas escuchamos el relato siguiente: «Yo estaba en el
cuarto de control y vi el resplandor de una descarga
atmosférica seguida casi inmediatamente de un gran trueno
y chispas en la parte posterior del tablero que contiene el
sistema de control de la planta. El daño en las tarjetas
electrónicas hizo operar indebidamente una válvula
de gas y a los pocos segundos se disparó la planta. Nos
llevó algunas horas cambiar las tarjetas para reiniciar la
operación de la planta». Encontramos que el sistema
de tierras eléctricas estaba unido al sistema de
pararrayos, a la malla de la subestación, a la malla de la
cerca, a los conductores de guarda de la línea de 115 kV,
así como a los hilos de retenida. Sin embargo, un grupo de
tres electrodos no tenía unión, sino a
través del terreno con el resto de los electrodos. Se nos
informó que esos electrodos eran propios de los termopares
y la instrumentación. Esa fue la causa del arqueo en el
tablero de control, la puesta a tierra de la
instrumentación estaba asilada del resto de los sistemas
puestos a tierra, y así lo hicimos constar en nuestro
informe
EJEMPLO 4 Otro error de electrodos aislados, conocido como
«tierra de computadoras», «tierra
aislada», «tierra exclusiva» o «tierra
limpia». Hay dos violaciones al NEC. La primera es que no
hay puesta a tierra de equipo en el gabinete de la carga, la
segunda es la puesta a tierra exclusiva y aislada. Un capacitor
se puso en corto circuito, ocasionando que el gabinete de la
carga se pusiera al mismo potencial que el del conductor no
puesto a tierra. Se ilustra la manera en que pueden aparecer 60 V
entre las manos. Es claro que los electrodos aislados
están derrotando las funciones de la puesta a tierra de
equipo: limitar el voltaje de los materiales metálicos no
portadores de corriente en relación a tierra y que en caso
de falla a tierra, opere la protección de sobrecorriente
Tierra remota
Unión Neutro Tierra – Error de
comunicación
Unión neutro tierra – Campos magnéticos
intensos
Ejemplo 5 En un edificio corporativo de Nuevo León se
presentaba el problema de que la imagen de un proyector de
vídeo era inestable. Al apagar un grupo de cargas la
imagen se volvía estable. Con las cargas prendidas el
campo magnético de 60 Hz alrededor del proyector era de 23
mG. Al apagar las cargas el campo magnético
disminuía a menos de 3 mG. Encontramos que en varios
puntos los hilos puestos a tierra se habían unido a
canalizaciones de comunicación, estas canalizaciones
están puestas a tierra ya que iban soportadas con
continuidad eléctrica a la estructura metálica del
edificio. Al medir la corriente enlazando todos los conductores
eléctricos dentro de la canalización medimos 18 A.
De manera tal que concluimos que estos 18 A en lugar de retornar
por los neutros (conductores puestos a tierra) retornaban por
otros ductos metálicos y esa corriente originaba campos
magnéticos intensos.
El tomacorrientes Índice – puesta a tierra de equipos.
Cordial – puesto a tierra Pulgar – no puesto a tierra. (Verde,
blanco y colorado la bandera del soldado
Probador de tomacorrientes y probador de impedancia de puesta a
tierra
EJEMPLO 6 ¿Qué error de alambrado encuentra?
SOLUCIÓN: El alambrado de las terminales de puesta a
tierra de equipos y puesto a tierra de equipos del tomacorrientes
está intercambiado.
Transformador de aislamiento DE ACUERDO con el Libro esmeralda,
un transformador de aislamiento es uno que cuenta con devanados
primario (entrada) y secundario (salida) separados. Un
autotransformador no posee devanados separados, por lo tanto, no
es un transformador de aislamiento. La relación de
transformación puede ser cualquiera (208 / 208, 480 /
208), no es necesario que sea unitaria. Un transformador de
aislamiento apropiado para equipo electrónico sensible
debe contar con al menos un blindaje electrostático
(blindaje Faraday) para disminuir la intercapacitancia entre los
devanados. Un transformador de aislamiento con blindaje Faraday
reduce el ruido de modo común; sin embargo, no reduce el
ruido de modo diferencial
Ruido de modo común
VOLTAJE DE NEUTRO A TIERRA (Gp:) LA CORRIENTE de retorno por el
neutro da lugar a un voltaje de neutro a tierra. Donde ZN es la
impedancia del conductor puesto a tierra, en W I es la corriente
por el conductor puesto a tierra, en A Vng es el voltaje de
neutro a tierra, en voltios.
Voltaje neutro a tierra con carga trifásica balanceada
Sistema trifásico balanceado con cargas lineales => No
hay corriente por neutro y Vng = 0. Sistema trifásico
balanceado con cargas lineales y armónicas triplen =>
In y Vng no son 0.
EJEMPLO 7 Instalación trifásica en el SITE de un
banco. Pérdida de comunicación entre un equipo
llamado TIMEPLEX y el conmutador. Alto contenido de tercera
armónica en las corrientes de línea => Corriente
alta por el neutro. Transformador de aislamiento => disminuye
Zn => disminuye Vng (Gp:) In
Aislamiento Galvánico – Monofásico
Aislamiento Galvánico – Trifásico ITM (ITM:
interruptor termomagnético) fase a fase b fase c
Secundario transformador estrella aterrizada ITM Zf Zf Zf Ic Ia
Ib delta Y aterrizada Sistema local de electrodos In
EJEMPLO 8 Con respecto a la instalación del transformador
de aislamiento de la figura, se cometieron cuatro errores de
alambrado, identifíquelos. SOLUCIÓN: En la
alimentación del primario del transformador falta el
conductor de puesta a tierra de equipos; El blindaje no
está puesto a tierra; Falta el puente de unión
principal en el transformador de aislamiento; La
alimentación a la carga carece del conductor de puesta a
tierra de equipos.
Impedancia del conductor del electrodo SECCIÓN 250-26 del
NEC: puesta a tierra de sistemas derivados separadamente, la
sección (c) indica que el electrodo local debe estar lo
más cerca posible a la unión N-G y de preferencia
en la misma área. El electrodo local debe ser: la
porción disponible o accesible más cercana de la
estructura metálica del edificio, la porción
más cercana de tubería metálica de agua
efectivamente puesta a tierra o otros electrodos como los de la
sección 250-81 ó los de la 250-83 cuando (1) y (2)
no estén disponibles. Error de alambrado encontrado
frecuentemente: un transformador de aislamiento en los pisos
superiores del cuyo sistema de electrodos está en el
sótano del edificio. (Gp:) Tubería metálica
de agua (Gp:) Conductor del electrodo
Unión del conductor del electrodo con canalización
metálica Cuando un conductor del electrodo de puesta a
tierra vaya dentro de una canalización, caja o gabinete
metálico, debe unirse al contenedor metálico en
ambos extremos, sección 250-71 (a) (3) de la NOM. El
material magnético alrededor del conductor aumenta la
densidad del campo magnético alrededor del conductor lo
que aumenta su impedancia, i.e, el material magnético
funciona como un núcleo. Al unir el conductor con la
tubería metálica que lo contiene ésta pasa
de ser un núcleo a ser un conductor, ayudando así a
la función del conductor mismo.
Puesta a tierra de equipos normal N G N G Transformador y equipo
de desconexión principal G N j j Tomacorrientes Equipo de
cómputo Sistema de electrodos Tablero Tubo conduit
aterrizado Tubo conduit aterrizado
Puesta a tierra aislada
EJEMPLO 9 Se está alambrando un receptáculo de
tierra aislada cuya caja es metálica y la
canalización es plástica. ¿Cuántos
conductores deben llegar al receptáculo? Enumérelos
con sus respectivos nombres. SOLUCIÓN: Cuatro conductores:
No puesto a tierra. Puesto a tierra. Tierra aislada y Tierra.
Puesta a tierra de equipos aislada Puesta a tierra de equipos No
puesto a tierra Puesto a tierra Si no se lleva puesta a tierra de
equipos. ¿Qué pasaría si el vivo toca
accidentalmente la tapa o la caja metálica?
Tierra aislada sin receptáculo
EJEMPLO 10. En una instalación se propone colocar un
electrodo aislado (como en la Figura) para alimentar una
fotocopiadora y un grupo de computadoras y quien lo propone le
llama a esto tierra aislada. ¿Es correcto? Proporcione una
breve explicación. SOLUCIÓN: Se está
confundiendo el concepto de puesta a tierra de equipos aislada y
el error de alambrado de electrodos aislados. La puesta a tierra
de equipos aislada va sólidamente unida a la barra de
tierras del equipo de desconexión principal, y en caso de
falla a tierra dentro del equipo electrónico susceptible
realizaría satisfactoriamente su función de limitar
el voltaje del gabinete respecto a tierra y ayudaría a que
la protección de sobrecarga opere rápidamente
Estructura de referencia de señal LA ESTRUCTURA de
referencia de señal es un sistema de trayectorias
conductivas entre equipos interconectados que reduce los voltajes
de ruido inducido (de modo común) a niveles que minimizan
la operación inadecuada de equipo electrónico. Las
configuraciones más comunes son rejillas y planos
Sin retorno metálico Si la subestación es
alimentada por una línea aérea, sin hilo de guarda,
es importante tener una resistencia a tierra baja, ya que toda la
corriente de falla a tierra tiene que retornar por el terreno,
ocasionando una elevación del potencial de tierra dado por
Rg If
Con retorno metálico Si la subestación es
alimentada por una línea aérea con hilos de guarda,
con un hilo neutro o se alimenta con cable subterráneo y
ambos extremos del blindaje están puestos a tierra,
entonces la subestación cuenta con retorno metálico
y la corriente de falla a tierra se divide, la mayor parte se va
por el retorno metálico y el resto se va por el terreno,
la corriente por el sistema de electrodos es menor que la
corriente de falla y la elevación de potencial del terreno
es menor