INTRODUCCIÓNEn el diseño y proyecto de las instalaciones destinadas al suministro o utilización de la

energía eléctrica, una de las mayores preocupaciones de los ingenieros de diseño ha

sido como conectar a tierra los equipos electrónicos de una manera segura y apropiada.

El problema existe en todos los campos de la Ingeniería eléctrica, desde las bajas

corrientes a tierra de los equipos electrónicos, hasta las altas corrientes a tierra de las

grandes subestaciones en extra alta tensión.

Todos los objetos metálicos que encierren conductores eléctricos o que probablemente

queden energizados por corrientes eléctricas originadas por fallas del sistema eléctrico,

descargas electrostáticas o por descargas atmosféricas, deben quedar firmemente

conectados a tierra para garantizar la seguridad del personal, reducir la probabilidad de

incendios y asegurar la protección de los equipos para lograr su funcionamiento normal.

Si los objetos están firmemente conectados a tierra, se facilitará la operación de los

dispositivos de sobre corriente de falla a tierra y se permitirá que las corrientes de retorno

provenientes de filtros de interferencia electromagnética y supresores de sobretensiones

conectados entre línea y tierra o entre línea y chasis, fluyan de manera adecuada.

FUNCIONES PRINCIPALES DE LOS SISTEMAS DE TIERRA

1. Proveer un medio seguro para proteger al personal en la proximidad de sistemas o equipos conectados a tierra, de los peligros de una descarga eléctrica bajo condiciones de falla.

2. Proveer un medio para disipar las corrientes eléctricas a tierra, sin que se excedan los límites de operación de los equipos.

3. Proporcionar una conexión a tierra para el punto neutro de los equipos que así lo requieran (generadores, transformadores, reactores, etc.).

4. Proporcionar un medio de descarga y desenergización de equipos antes de proceder a tareas de mantenimiento.

5. Facilitar mediante la operación de relevadores y otros dispositivos de protección, la eliminación de fallas a tierra en el sistema.

• Puesta a tierra en señales electrónicas

Para evitar la contaminación con señales en frecuencias diferentes a la deseada. Se logra mediante blindajes de todo tipo conectados a una referencia cero o a tierra.

• Puesta a tierra de protección electrónica

Para evitar la destrucción de los elementos semiconductores por sobre voltajes, se colocan dispositivos de protección de forma de limitar los picos de sobré tensión conectados entre los conductores activos y tierra.

La puesta a tierra de los equipos electrónicos y de control, consta de una serie de electrodos instalados remotamente al edificio. En el interior se instala una barra de cobre electrolítico de dimensiones adecuadas montada a 2.60 metros sobre nivel de piso terminado con una leyenda indicativa, que es de uso exclusivo para el sistema de electrónica.

La resistencia a tierra máxima en este sistema debe ser de unos 2 Ohm, cuando no se alcanza la resistencia deseada, se instala algún elemento químico para reducir la resistividad del terreno y alcanzar así, la resistencia a tierra requerida.

PUESTA A TIERRA DE EQUIPOS ELECTRÓNICOS

• Existen cuatro esquemas de aterrizado de equipos electrónicos. Estos son:

a) El convencional. b) El esquema de tierra aislada. c) Esquema de tierra aislada total. d) Esquema de malla de referencia.

1. ESQUEMA CONVENCIONAL• Este esquema encuentra su uso en las instalaciones de PCs y de PLCs, donde sus

alambrados están distribuidos en áreas muy pequeñas. No es recomendado para muchas instalaciones de sistemas electrónicos distribuidos, porque:

• Puede resultar excesivamente ruidoso el sistema de tierra.

• Los transitorios pueden sobrepasar el nivel de aislamiento.

• No es compatible con las recomendaciones de la mayoría de los fabricantes de equipos electrónicos.

• No puede ser fácilmente re-alambrado para cumplir con esquemas de aterrizado de redes de cómputo.

• El alambrado puede ser obsoleto cuando se cambien las tarjetas y equipos por otros de una tecnología de mayor velocidad

2. ESQUEMA DE TIERRA AISLADA

• En esta configuración se tiene una tierra relativamente libre de ruido e interferencia para la referencia lógica de los aparatos y, es complementada con la tierra de seguridad convencional del sistema de tierras de potencia. Pero, tiene las siguientes limitaciones

• En altas frecuencias, la impedancia del conductor de tierra es demasiado alta para servir de buena conexión.

• El acoplamiento de las tierras dentro de los aparatos puede causar lazos de corriente, resultando en ruidos electrónicos

• Un arreglo de este esquema es hacer un anillo de tierras alrededor de los pisos de un edificio o un cuarto de cómputo. Y de este anillo se hacen varias conexiones al sistema perimetral de tierras, siempre que tengan las mismas longitudes y estén acomodadas simétricamente. Y a este sistema interno se conectan los equipos.

• El tipo de receptáculo (contacto) para este esquema es diferente, y, tiene un triángulo de color naranja pintado en la placa para diferenciarlo de los receptáculos normales.

• La frase "tierra aislada" ha sido interpretada equivocadamente como de una tierra separada, provocando en caso de falla precisamente un voltaje a tierra inseguro para las personas y para los equipos.

3. ESQUEMA DE TIERRA AISLADA TOTAL

• Este esquema consiste en conectar todas las computadoras, los aparatos e instrumentos a tierra usando una configuración de estrella a partir de un solo punto físico, el cual es un cabezal o placa de conexión.

• Este problema es posible que no se tenga en la mayoría de equiposindustriales, porque no emplean muy altas frecuencias

• Esta configuración es utilizada en los transmisores de comunicaciones (radiodifusión, sitios celulares, etc.), donde es posible tener un mismo punto de puesta a tierra para todos los equipos y para todas las pantallas de los cables.

• Sin embargo, también tiene sus limitaciones:

• a) Esta configuración puede ser difícil de crear en un ambiente industrial.

• b) Todos los equipos cercanos deben conectarse de esta manera a tierra o, se pueden tener lazos de corrientes.

• c) Puede tener una impedancia en alta frecuencia muy alta, que en términos prácticos, la puesta a tierra sea ineficaz. Este problema es posible que no se tenga en la mayoría de equipos industriales, porque no emplean muy altas frecuencias

4. ESQUEMA DE MALLA DE REFERENCIA.

• La figura muestra esta configuración para una sala o centro de cómputo, con piso falso de tipo celular. Observar que adicionalmente a la estrella mencionada en el punto anterior, los equipos y partes metálicas estructurales se conectan a este tipo de piso mediante trencillas, y que al ofrecer un plano de referencia de tierra, baja la impedancia a tierra en todas las frecuencias.

• Sus limitantes son:

• a) Muchos fabricantes de equipos electrónicos industriales no están de acuerdo con su empleo.

• b) En ambientes industriales, es difícil su implementación.

CONSIDERACIONES FINALES

• No importa cual de los tres últimos métodos se emplee para la puesta a tierra de los equipos electrónicos, la trayectoria de los cables es crucial. Siempre conecte a tierra cada aparato por separado.

• Los equipos en racks deben conectarse a tierra mediante cables, no obstante se supondría que los perfiles del rack los pondrían a tierra, lo que no siempre es real porque existen problemas de pintura y de montaje. Este cable es mejor que sea forrado y de color verde para que no cortocircuiten otros cables.

• El aterrizado de blindajes y el de cables de señal también deben ser parte integral del diseño de sistemas de tierras.

PUESTA A TIERRA DE LOS SISTEMAS ELECTRÓNICOS

Sistemas electrónicos. La puesta a tierra de estos equipos puede hacerse con un sistema radial o un sistema en

anillo.

La función principal de la red de tierra para los equipos y sistemas electrónicos es proporcionar un valor de referencia cero para dichos equipos. Este valor de referencia se obtiene cuando el valor de resistencia a tierra de la red es cercano a cero.

Dependiendo de los valores de resistividad del terreno, el sistema radial puede estar formado por una sola varilla de tierra o por un grupo de varillas interconectadas.

DISPOSICIONES BÁSICAS DE LAS REDES DE TIERRAS

Sistema radial.

Este sistema es el más simple para la conexión a tierra de los equipos.Consiste en instalar uno o varios electrodos de tierra a los cuales se conectan los conductores derivados de cada uno de los equipos.

Subestaciòn

DISPOSICIONES BÁSICAS DE LAS REDES DE TIERRAS

Sistema en anillo.

El sistema en anillo se obtiene colocando en forma de anillo un conductor de un calibre determinado alrededor de la superficie ocupada por los equipos.

A este anillo se conectan las derivaciones para la conexión a tierra de cada uno de los equipos usando un conductor de calibre más delgado.En los vértices del anillo se instalan varillas o electrodos de tierra.

PUESTA A TIERRA DE LOS SISTEMAS ELECTRÓNICOS

Esta red de tierras se conecta mediante un cable aislado a una barra de cobre soportada sobre

aisladores que se instala en el cuarto donde se ubican los equipos y sistemas. A la barra se le

denomina barra de tierra aislada y al sistema se le denomina sistema de tierra aislada.

A esta barra se conectan los cables aislados (IG) de la referencia de tierra de los equipos, como se

muestra en las figuras 1 y 2.

La malla de referencia de señales es un complemento de la red de tierras electrónica y su principal

función es evitar la interferencia hacia y desde el área de ubicación de los equipos y sistemas

electrónicos. Puede emplearse la estructura metálica del piso falso como malla de referencia de

señales o puede fabricarse la malla con cintas de cobre, como se muestra en las figuras 3 y 4.

EQUIPOS Y SISTEMAS ELECTRÓNICOS – PUESTA A TIERRA

FIGURA 1. EL CONDUCTOR DE TIERRA (AISLADO) PASA A TRAVES DEL TABLERO DE DISTRIBUCIÓN

EQUIPOS Y SISTEMAS ELECTRÓNICOS – PUESTA A TIERRA

Figura 2. METODO DE ALAMBRADO DEL CONDUCTOR DE TIERRA (AISLADO) CON FUENTE DERIVADA SEPARADA

EQUIPOS Y SISTEMAS ELECTRÓNICOS – PUESTA A TIERRA

Figura 3. ESTRUCTURA DEL PISO FALSO EMPLEADA COMO MALLA DEREFERENCIA DE SEÑALES

EQUIPOS Y SISTEMAS ELECTRÓNICOS – PUESTA A TIERRA

Figura 4. MALLA DE REFERENCIA DE SEÑALES FABRICADA CON CINTAS DE COBRE