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Electrónica Industrial “A”

Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez

Razones para aterrizar un equipo

• Seguridad personal: es la razón primaria para aterrizar un equipo;

evita que el sistema quede “flotando”, con el posible riesgo de una

descarga eléctrica al usuario.

• Control del ruido eléctrico: el control de ruido eléctrico incluye

“transientes” desde cualquier fuente. Este es el punto donde el sistema

de tierra se relaciona con los conceptos de calidad de energía. El

objetivo primario de aterrizar para controlar el ruido eléctrico es crear

un plano al mismo potencial. La existencia de diferencias de potencial

(tensión) entre diversos puntos de “tierra” puede hacer que se

sobrepasen los límites de aislamiento eléctrico, generar corrientes de

tierra en cables de baja tensión e interferir con equipo sensitivo que

quizás este aterrizado en múltiples lugares.

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• Aterrizar para garantizar la

operación de las protecciones

del equipo: al existir un corto

circuito entre la fase y el

gabinete (fallo de aislamiento o

algún otro similar), la conexión

de tierra ofrece una trayectoria

de baja impedancia que

garantice la operación del

fusible o el “breaker”.

Razones para aterrizar un equipo

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Esquema general de un sistema de tierra

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¿Qué sucede con un mal sistema de tierra?

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Alimentación

G

N

L1

Carga

Sistema de tierra

Tensión diferencial

riesgosa

Línea

Neutro

Tierra de

seguridad

Gabinete sin

aterrizar

Falla

¿Qué sucede ante una falla de operación?

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Integración con el sistema de pararrayos

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Razones para aterrizar un sistema

Al aterrizar un equipo se disminuye el efecto del ruido eléctrico. El

ruido eléctrico es especialmente crítico en equipos basado en

controles digitales.

Alimentación

G

N

L1

Carga

Sistema de tierra

Línea

Neutro

Tierra de

seguridad

Gabinete

aterrizado

Interferencia

eléctrica

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• Ground: ”tierra”. Se refiere al cable o conexión.

• Earth: ”tierra”. Se refiere al plano físico (suelo, piso metálico) con

potencial cero.

• Conexión a tierra, “aterrizamiento” “grounded”: cable o conductor

de conexión, que intencional o no intencionalmente, sirve para conectar

un circuito o equipo eléctrico a la tierra (suelo), o en su defecto, al medio

que sirve como tal.

• Sistema sin conexión a tierra: circuito o dispositivo eléctrico que no es

conectado intencional o no intencionalmente a la tierra física del sistema

(suelo).

Es necesario ubicar diversas definiciones: IEEE dictionary, (Standard 100)

Definiciones importantes

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• Sistema aterrizado: es un sistema de conductores de los cuales al

menos un conductor en un punto es intencionalmente aterrizado,

sólidamente o a través de una impedancia (transformadores de

distribución).

• Sólidamente aterrizado: sistema que está directamente conectado a

tierra sin insertar ninguna impedancia.

• Resistencia de tierra: impedancia a través de la cual se aterriza un

sistema. Suele ser una resistencia.

• Inductancia de tierra: impedancia a través de la cual se aterriza un

sistema. Suele ser una inductancia.


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• Electrodo de tierra: el electrodo de tierra es el medio físico para

conectar el sistema de tierra a la tierra física (suelo).

• “Aterrizado”, “grounded”: conectado a la tierra (suelo) o al cuerpo

conductor que sirve para tal fin.

• Conductor aterrizado: un sistema o circuito conductor que es

intencionalmente aterrizado.

• Conductor de tierra: un conductor usado para conectar un equipo o el

circuito de tierra de un cableado al electrodo o electrodos de tierra

(suelo).

Definiciones de la NEC americana


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• Conductor de tierra de un equipo: el conductor usado para conectar

las partes metálicas de un equipo que no conducen corriente de

operación, al electrodo de tierra (suelo) o al sistema que sirve para tal

propósito.

• “Bonding jumper”, lazo, conexión: elemento conector entre el circuito

conductor de tierra y el equipo o electrodo principal de tierra (suelo).


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Alimentación

G

N

G

NN

G

L1

L1

Protecciones y tablero de

controlCarga

Fusible

Tierra (suelo) o algún material que sirve

para tal fin

Conductor al

electrodo de tierra

Electrodo de

tierra

"Bond"


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Existen diversos problemas relacionados con cableado:

• Problemas con conductores y conectores: es necesario inspeccionar

conexiones en los diferentes paneles, continuidad de líneas, malas

conexiones; todo esto puede generar calentamientos, posible arqueo,

“buzzing” (efecto corona), etc.

• Pérdida de conexión de tierra: una falla en la conexión de tierra genera el

riesgo de descarga eléctrica al usuario, propagación de ruido eléctrico, falla

de activación de protecciones contra sobre corriente y corto circuito.

• Múltiples puntos de conexión neutro - tierra: al menos que sean sistemas

separados de neutro - tierra, sólo se deberá tener un punto de conexión de

neutro - tierra y deberá estar en el sistema de alimentación principal

(Reglamentación de la NEC).

Problemas de cableado

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• Equipo sin aterrizar: en algunos casos, los equipos no se aterrizan con

el objetivo de obtener una tierra “limpia”. El procedimiento

recomendado por la NEC debe ser observado.

• Varillas adicionales de tierra: las varillas de tierra tienen como

objetivo ser parte del sistema de tierras siempre y cuando estén

interconectadas. También pueden ser empleadas para equipos sensitivos;

sin embargo, estos casos no deben incluir varillas de tierra aisladas para

establecer un nuevo punto de referencia de tierra para el equipo. Un

problema muy importante asociado a la calidad de energía y generado

por las varillas de tierra aisladas, es el crear rutas de circulación de

corrientes generadas por descargas atmosféricas, generando transitorios

de tensión.


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• Lazos de tierra: es uno de los problemas más comunes en los medios

industriales y comerciales que incluyen procesamiento de datos y equipo

de comunicación. Se genera cuando dos equipos conectados a diferentes

planos de tierra están intercomunicados, generando otro lazo de tierra.

• Conductor de neutro insuficiente: cargas no lineales monofásicas

como equipos electrónicos y balastos electrónicos, generan armónicos

múltiplos de tres que circulan por el conductor de neutro. En

aplicaciones típicas de edificios de oficina con una diversidad de cargas

monofásicas electrónicas, la corriente de neutro tiene valores comunes

entre 140 y 170% de la corriente de fase, siendo necesario reforzar el

conductor de neutro por incremento de calibre o por trayectorias

paralelas para cada fase.


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Sólo debe existir un punto de conexión único de neutro - tierra.

Esquema recomendado

La resistencia eléctrica entre el suelo y el electrodo debe ser mínima para

garantizar la protección en descargas

Alimentación

G

N

G

NN

G

L1

L1

Tablero Carga

Tierra (suelo) o algún material que sirve

para tal fin

Conductor al

electrodo de tierra

Electrodo de

tierra

"Bond"

Conector

Rama

Alimentador

Conductor de fase

Conductor de

neutro

Conductor de tierra

aislado (verde)

Conduit - charola


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Configuración para obtener tierra aislada

Alimentación

G

N

G

NN

G

L1

L1

Tablero Carga

Conductor al

electrodo de tierra

Electrodo de

tierra

"Bond"

Conector naranja

aislado

Rama

Alimentador

Conductor de fase

Conductor de

neutro

Conductor de tierra

aislado (verde)

Conduit - charola


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Configuración para sistemas derivados separados (aislamiento)

Esquema recomendado

Alimentación principal

G

N

G

NN

G

L1

L1

Tablero Carga

Conductor al

electrodo de tierra

Electrodo de

tierra

"Bond"

Conector

Rama del

circuito

Alimentador

Fases

Conductor de

neutro

Conductor de tierra

aislado (verde)

Conduit - charola

G

N

L1

"Bond"

Sistema derivado

separado

Conexión opcional a tierra:

estructura de acerco, o tubería de

agua fría. De preferencia no usar

vari lla de tierra.


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440 V

Núcleo Pantalla aislante

Desde la

alimentación

principal

A panel de los

sistemas de

cómputo o

cargas sensibles

Conexión a una

columna de acero

o a la tierra del

sistema

Todos los cables

de tierra

conectados en un

solo punto

127 / 220 V

Conexión del transformador de aislamiento

Conexión recomendada

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Separación

Centro de

carga

Punto de tierra

DEBIL! Separación importante

entre el punto de tierra y

los equipos. Se puede inducir ruido

5 cables

3 fases

Neutro

Tierra

A otras cargas sensibles

MEJOR! La separación de las

conexiones de tierra es

menor

Centro de

carga

Separación

Centro de

carga

OPTIMA! El punto de tierra del

sistema de tierras y de las

cargas es el mismo

Centro de carga incroporado

al

transformador. El punto de

tierra del sistema y el punto

de tierra de potencia son el

mismo

Mejor ubicación de

transformadores de

aislamiento para

alimentar cargas

sensitivas

Conexión recomendada: transformadores de aislamiento

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A. Cintas de cobre (0.01 in x 4 in.

B. Punto de soldadura, cinta - cinta.

C. Punto de soldadura, cinta - pedestal

D. Punto de soldadura, cinta -

conexión.

E. Línea de conexión de baja

impedancia a equipo.

F. Punto de soldadura, cinta - línea de

equipo.

G. Unidad de distribución de potencia,

conductor aterrizado.

H. Conexión soldada a la columna de

acero de la nave.

El objetivo es crear una malla de baja impedancia

que limite interferencias

Conexión recomendada: mallas en sistemas sensibles

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PERSPECTIVA ESQUEMATICO

ESQUEMATICO PERSPECTIVA

Centro de carga

con “breakers” y

transformador de

aislamiento

1-4.Son módulos típicos

de equipo de

cómputo.

5. Es la conexión de

seguridad del

conductor de tierra

del equipo (Cable

“verde”).

6. Es la tierra de

seguridad para la

conexión a la malla

de tierra del sistema.

Otra perspectiva

Conexión recomendada: mallas en sistemas sensibles

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Transformador

opcional requerido

Primario

Secundario

SP SP

SP

Transformador de

servicios

Montaje directo

recomendado

Montaje directo

recomendado

Centro de carga Contactos Panel de control

Medio de tierra compartido (suelo)

Se colocan supresores de picos que limiten transitorios de tensión en el

sistema de alimentación. La conexión debe incluir modo diferencial y

modo común.

Conexión recomendada: supresores de picos

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