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7/29/2019 MASA Y TIERRA.pdf

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MASA Y TIERRA EN SISTEMAS ELECTRONICOS

Extraído de : Interferencias Electromagnéticas en Sistemas Electrónicos

Autor: Joseph Balcells, Francesc Daura, Rafael Esparza y Ramón Pallas.

1.- Introducción

Una gran cantidad de casos de mal funcionamiento de los equipos electrónicos por causa de

las interferencias electromagnéticas, son el resultado de diversos fenómenos que se producen

en los circuitos de masa.

Obsérvese que es en estos conductores denominados también muy apropiadamente comunes

donde se ponen el relación, se mezclan, todos los diferentes subsistemas de un equipo e

incluso equipos interconectados y operando conjuntamente y son así la vía mas sencilla para

el cambio energético entre ellos. Por lo tanto, estos conductores son extremadamente

importantes a todos los efectos y si se quiere reducir las interacciones y acoplamientos

indeseados de unos equipos con otros, será fundamental su estudio concienzudo.

Se describe primero los conceptos de masa y tierra, que a menudo se confunden y que el

contexto de esta obra es fundamental tener claros. A continuación se describe la

importancia de la toma de tierra de los equipos, tanto a efectos de seguridad paramateriales y personas como para mejorar la garantía de buen funcionamiento de aquellos.

Posteriormente se inicia el estudio de las masas describiendo los procedimientos generales

de interconexión utilizados y su aplicación para el caso especial de cables blindados.

Y por ultimo se da una visión de conjunto de la organización de los sistemas de masas y

tierras de los equipos, tanto desde el punto de vista externo de interconexión con otros

sistemas, como desde el punto de vista de estructura interna, derivándose una serie de

normas generales que debe seguirse para reducir la susceptibilidad de equipos y sistemas.

2.- La toma de Tierra y la Masa

Generalmente existe cierta confusión entre los términos “masa” y “tierra” (ground y earth

en ingles), que con demasiada frecuencia, son utilizados como sinónimos. Es necesario, pues



aclarar perfectamente estos conceptos que resultan además fundamentales en el estudio de

las EMI.

El término “masa” o expresado con más propiedad, el terminal común de un circuito, es el

conductor de referencia de potencial cero con respecto al cual se miden el resto de

potenciales del circuito y que coincide con el cero de la alimentación. Físicamente además,es el conductor por donde se suelen realizar los retornos de las señales activas del circuito.

EL fundamento de la importancia del sistema de masas desde el punto de vista de las

susceptibilidad del sistema frente a las interferencias electromagnéticas es de mucha

importancia.

Recuérdese también que los potenciales de los conductores son en realidad “diferencial de

potencial” con respecto a algún punto de referencia. Pues bien, este punto de referencia es

la “masa” del circuito.

Naturalmente, dentro de un mismo sistema pueden existir varios circuitos completos

aislados galvánicamente entre si y por lo tanto, con varias fuentes de alimentación

independientes y varios sistemas de masa.

Es decir, no existe un amasa unida, sino que cada circuito posee su propia masa o punto de

referencia.

Otro concepto muy distinto es el de “tierra”, que se refiere al potencial de la tierra física y

que influye voluntaria o involuntariamente en los edificios, líneas, instalaciones eléctricas,etc.

CIRCUITO APRUEBA

OSCILOSCOPIO

SONDA DEMEDIDA

CAPACIDADA TIERRA i

El terminal de masa de la sonda pone atierra la masa del circuito

Fig. 1



Un osciloscopio, por ejemplo, es un equipo de masa metálica que puede estar flotante y no

tener conexión directa a tierra a menos que se utilice el cable previsto al efecto. Sin

embargo, aunque no exista una conexión directa, el osciloscopio estará influido por el

potencial de tierra de los elementos circundantes y estará el mismo acoplado a tierra a

través de una seria de de capacidades parásitas. Al ir a comprobar el potencial de un puntode un circuito debe tenerse en cuenta siempre la posibilidad de inducir perturbaciones en él

por esta causa (figura 1).

Todos los materiales conductores tienen una resistencia determinada y la tierra también

presenta diferentes conductividades, que pueden adoptar valores muy diversos en función de

la meteorología, de la estación del año y por supuesto, de la composición química. En la

tabla 1 se reúne, a titulo orientativo, una relación de resistividades para un cierto número

de elementos constitutivos del suelo y unos valores medios para varios tipos de terreno.

Naturaleza del Terreno Resistividad ohms.m

Limo 20-100

Humus 10-150

Turba húmeda 5-100

Arcilla plástica 50

Margas y arcillas compactas 100-200

Margas del jurásico 30-40Arena arcillosa 50-500

Arena silicéa 200-3000

Grava, arenisca, yeso, caliza 90-1000

Suelo pedregoso cubierto de césped 300-500

Pizarra 50-300

Terrenos cultivados fértiles 50

Roca cristalina 330-10000

Sal gema, anhidrita 3000-100000

La tierra no es buen conductor y a pesar de ser el elemento de referencia universalmente

presente, no es una superficie equipotencial. Aunque no se utiliza generalmente como

conductor en un circuito, pueden existir en ella circulaciones de corriente que, debido a su

resistencia relativamente alta, originen potenciales localmente elevados.



Estas corrientes tienen su origen principalmente en la practica habitual de conectar a tierra

las instalaciones de potencia por razones de seguridad, tal como se verá en el siguiente

apartado. Debido a las capacidades parásitas existentes entre los equipos y los elementos

próximos (por ejemplo, el edificio donde está situado el equipo), que casi siempre a su vez

están en relación óhmica con la tierra, se crean bucles de circulación de corriente que secierra a través de esta. También las corrientes de tierra pueden tener su origen en descargas

atmosféricas. Por lo tanto, aunque un equipo se diseñe como flotante nuca se puede ignorar

la influencia del potencial de tierra.

Los términos masa y tierra están muy lejos, por lo tanto, de ser sinónimos, aunque

demasiadas veces se utilicen como tales.

3.- La toma de tierra de seguridad

Un sistema eléctrico aislado en sí mismo podría dejarse flotante con respecto a tierra sin

que a priori, existiese ninguna causa de mal funcionamiento.

De hecho durante muchos años han existido sistemas industriales de distribución eléctrica

que han operado aislados de tierra. Se pensaba que así se ganaba seguridad en la

continuidad del servicio, puesto que una derivación accidental de una fase a tierra, por

ejemplo, no produciría una desconexión total del sistema.

No obstante un contacto accidental de algún conductor con otro conductor ajeno al sistema,

una resistencia de fugas en algún componente teóricamente aislado o una descarga estática,podría poner todo el sistema a potenciales desconocidos y eventualmente elevados. También

un contacto de una persona con el sistema podría producirle una descarga peligrosa (figura

2).



Además, la experiencia práctica ha demostrado que, en realidad, existe mayor continuidad

de servicio en los equipos puestos a tierra que en los aislados, porque se tiene mayor control

sobre ellos, y pueden usarse dispositivos de protección con mayor eficacia, que eviten

costosas averías.Por razones de seguridad personal, por lo tanto y también para establecer un camino de

circulación frente a posibles descargas estáticas o atmosféricas y limitar las elevaciones de

tensión peligrosas para los propios equipos, así como para asegurar la actuación de las

protecciones, las reglamentaciones eléctrica imponen actualmente la norma de unir las

carcasas metálicas de los circuitos con tierra.

La denominación puesta a tierra comprende toda ligazón metálica directa sin fusible ni

protección alguna, de sección suficiente, entre determinados elementos o partes de una

instalación y un electrodo o grupo de electrodos enterrados en el suelo, con objeto de

conseguir que en el conjunto de instalaciones, edificios y superficie próxima del terreno no

existan diferencias de potencia peligrosas y que al mismo tiempo, permita el paso a tierra de

las corrientes de defecto o de las procedentes de descargas atmosféricas.

La puesta a tierra de los circuitos de potencia se hace fundamentalmente, por lo tanto, por

razones de seguridad. La de los circuitos de señal se importante, además, para la operación

de los sistemas sin perturbaciones, puesto que se reduce la influencia que puedan ejercer los

potenciales de objetos próximos que, en general, si estarán en relación con la tierra.Como norma general en caso de conflicto, debe cumplirse siempre la norma de seguridad.

Después, debe realizarse la puesta a tierra de los circuitos de señal de una manera que se

incompatible con los aspectos de funcionamiento, y según los criterios que se describirán

mas adelante.

Obsérvese que al conectar a tierra los circuitos se establece una relación óhmica directa

entre los conductores de potencial cero de este circuito y la tierra. Esto debe hacerse

siguiendo ciertas normas que eviten, en lo posible, los problemas de creación inadvertida de

bucles de corriente que tal unión puede originar.En general mencionaremos ahora que la impedancia de la conexión a tierra debe ser

mínima, utilizando conductores con la mayor sección posible, con objeto de reducir el

acoplamiento por impedancias comunes. Además, deben estar cercanos a los propios

circuitos de señal con objeto de minimizar el área entre sistema de cableado de señal e el

sistema de puesta a tierra, reduciendo así el acoplamiento inductivo.



Las tomas de tierra de los equipos son masas metálicas en buen contacto permanente con el

terreno, sin fusibles ni ligazón alguna, y que deben presentar la menor resistencia de

contacto posible. Pueden utilizarse las masas metálicas que existen enterradas como

electrodos para establecer esta resistencia, siempre que se compruebe, y esto es muy

importante, que su valor óhmico sea adecuado. Por ejemplo puede usarse los pilaresmetálicos de los edificios, una red de conductos metálicos subterráneos, etc. Si no existe tal

red se deberá implantas electrodos expresamente con este fin (figura 3).

Para hacerse a la idea de la importancia de que las puestas a tierra deben ser estudiadas

concienzudamente, téngase en cuenta que, por ejemplo, un conductor metálico enterrrado

de 2.5m de longitud y 20mm de diámetro puede suponer una resistencia de contacto con

tierra del orden de los 25ohms. Esta resistencia puede imaginarse como puesta por una serie

de capas concéntricas de tierra de igual espesor alrededor de un conductor. La capa en

contacto con el conductor representará, naturalmente, el mayor incremento de resistencia,

puesto que ésta es inversamente proporcional al diámetro de la capa. Puede calcularse que

del orden de un 50% del valor total de resistencia se encuentra en las capas situadas en un

cilindro de 0.3m de diámetro alrededor del conductor.

Por esta misma razón, un 50% de la diferencial de potencial que se produce al inyectar

corriente en este electrodo aparece en los primeros 0.15m de tierra alrededor del mismo. Si,

como consecuencia de un contacto directo se aplicaran 380V al electrodo, se elevaría su

potencial sobre el de la tierra y la mitas de este valor, 190, aparecería como caída detensión entre el electrodo y la superficie de tierra alejada solo 0.15m. En la figura 4, se

representa la distribución del potencial un función de la distancia del electrodo de tierra.



A B C

N

M OP

Q

F

E

D

LINEA PRINCIPALDE TIERRA

MASAS

ELECTRODOS

DERIVACIONESDE TIERRA

Fig. 3. Sistema de distribucion de Tierra

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