segunda seccion tierras aisladas. ieee st 142 1997

8/20/2019 Segunda Seccion Tierras Aisladas. IEEE St 142 1997

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SEGUNDA SECCION

LOS ELECTRODOS DE TIERRASAISLADOS

Y

EL ESTANDAR IEEE STD 142-1991

Ing. Rubén Corvalán SchmidtDirector

Corvalán y Asociados de México, S.A. de C.V.


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PARTE 1: RESUMEN EJECUTIVO

IEEE Std 142-1991: Prácticas Recomendadas para Aterrizar SistemasEléctricos Industriales y Comerciales

1.6.6 Evitando Ruido de Modo Común:

Claramente establece que la práctica de instalar un electrodo de tierra aislado genera un problema de ruido de modo común además de ser peligroso para el personal y que viola

el artículo 250 del NEC.

5.3.1 Satisfaciendo los Requerimientos del Código:

Aclara que la práctica de tener conexiones múltiples y aisladas a tierra (electrodos detierra aislados), causa errores o “peores condiciones”.

5.5.1 Conexión de Un Solo Punto:

Aclara, que es necesario mantener el sistema de tierra de las computadoras separado delsistema de tierra del inmueble, EXCEPTO donde deben unirse en un solo punto. No deben estar

completamente aislados. Es imperativo que el sistema de tierra del equipo electrónico se unaPOR LO MENOS en un punto al sistema de tierra del inmueble.

5.5.4.1 Descripción:

Establece que la práctica de exigir un electrodo de tierra aislado para un equipo sensible, es unaFALTA DE ENTENDIMIENTO de parte de los fabricantes, en el tema de tierras eléctricas. Aclara que la exigencia de tener electrodos de tierras aislados es un requisito EQUIVOCADO.

Termina diciendo que esta práctica viola el NEC.

5.5.4.3 Problemas:

Explica porque la práctica de instalar un electrodo de tierra aislado en los equipos electrónicos

sensibles, puede producir INCIDENTES CATASTROFICOS en ellos.

5.5.4.5 El Incumplimiento del Código Nacional Eléctrico:

Dice, “...Claramente, cuando se usa un electrodo de tierra aislado para una computadora, seviola el requerimiento del NEC”.


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PARTE 2: CITAS TEXTUALES

IEEE Std142-1991: Prácticas Recomendadas para Aterrizar SistemasEléctricos Industriales y Comerciales

Capítulo 1, Tierra de Sistema

1.6.6 Evitando Ruido de Modo Común

El conectar la tierra de equipo a un electrodo que está físicamente separado de todos los otros electrodos detierra del sistema de potencia y de la estructura y que no está unido a ninguno de estos otros electrodos

de tierra, producirá inevitablemente ruido de modo común, debido a que no está referido al sistema de

tierra de la fuente de poder. La intensidad de este potencial de modo común puede destruir equipo y puedeser peligroso para el personal , debido a que una falla en el sistema de potencia puede elevar el sistema de

potencia o estructura cientos o miles de voltios sobre el voltaje de otras referencias de tierra. Este método

de aterrizar es una violación al artículo 250 del NEC

Capítulo 5, Tierra de Equipo Electrónico Sensible

5.3.1 Satisfaciendo los requerimientos del Código

Debido a requisitos de seguridad, los computadores estaban aterrizados. Primero los aterrizaron al sistema

de tierra del sistema de potencia del inmueble en donde estaban instalados. El conductor de puesta a tierra

de equipo era un conductor aislado de color verde o un conductor desnudo. En muchos casos, la tubería de

metal se usaba para este propósito. La tierra de equipo se conectaba, en la acometida del edificio, al

conductor neutro de la compañía alimentadora de energía. En este punto se unía la envolvente metálica, al

neutro, al conductor de puesta a tierra de equipo y a la tierra. La tierra podía ser una varilla enterrada o/y la

tubería metálica de agua fría. El acero del edificio, ya sea intencionalmente o no, también estaba conectado

al sistema de tierra del edificio.

No había un requerimiento específico a qué punto del sistema de tierra del inmueble se debería conectar, de

manera que esta conexión se hacia generalmente al conductor de tierra en el contacto, receptáculo o el

tablero que alimentaba potencia al computador. Esto satisfacía los requisitos del NEC ya que nadie podía

electrocutarse al tocar la envolvente del computador bajo condiciones de una falla de fase a tierra. A

medida que los componentes de los computadores se hicieron más complejos y sensibles a bajos voltajes,

se encontró que los voltajes transitorios eran dañinos a los dispositivos de estado sólido.


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Se encontró que la causa de los transitorios de voltaje eran conexiones múltiples de neutro al sis tema de

tierra. No es inusual que en edificios comerciales se encuentre el conductor neutro conectado a tierra en el

transformador. En cada servicio de acometida en cada edificio alimentado por ese transformador, el

conductor neutro se conecta a tierra. No es inusual encontrar el neutro del equipo de utilización y la barra

de neutro del tablero conectado a la envolvente metálica del tablero, lo que es una violación del NEC. Un

estudio muestra que el 20% de los conductores neutro, accidentalmente fallan a tierra en los circuitos que

alimentan luminarias. Con conexiones múltiples al sistema de tierra, al cual la computadora se conecta, los

voltajes transferidos por flujos de corriente en el sistema de tierras de las computadoras, causan errores o

peores condiciones. La Fig 63 ilustra una de estas condiciones. El término “tierra silenciosa” se origina

cuando la práctica de tierras aisladas empezó en los 1960. En comparación, el término “tierra ruidosa” se

aplicó al sistema de tierras del sistema de potencia eléctrica, donde existían conexiones múltiples a tierra,

como se muestra en la Fig 64.

5.3.2 Ruido en la Tierra de l Sistema de Potencia

Con el aumento de la sofisticación de los sistemas computacionales, se hizo necesario tener computadoressatélites, terminales remotos, que estaban localizados lejos de la ubicación de la computadora principal.

Estas ubicaciones remotas de computadoras tenían fuentes de poder. Estas fuentes se alimentaban del

sistema de potencia de la computadora principal, pero más probablemente venían de otra parte del

inmueble. No es inusual que el sistema de tierra de un inmueble tenga diferencias medibles de voltaje entre

punto y punto, debido a los flujos de corriente, ya sean de 60 Hz o de transitorios de alta frecuencia. Por lo

tanto, una conexión al sistema de tierra en la ubicación remota podía conectar la tierra remota a varios

voltios de diferencia con respecto a la tierra de la computadora principal. Esta diferencia de potencial entre

las dos conexiones de tierra se inyectará al sistema, interfiriendo con las señales de la computadora.

Con caminos múltiples de tierra y el conductor neutro conectado al sistema de tierra (en forma intencional

o sin intención) en varios puntos, la corriente de neutro fluirá en forma no controlada en el sistema de

tierra. En cada punto donde el neutro esté conectado a tierra, existirá un circuito paralelo, y la corriente se

dividirá de acuerdo a la impedancia inversa del circuito por la ley de Ohm. (Vea Fig 64.)

Debido a estas corrientes que fluyen sin control por el sistema de tierra, el sistema de potencia se

transforma en una tierra “sucia,” o ruidosa. El personal de computación tomó la decisión de no tener nada

que ver con el sistema de tierras del inmueble.


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5.5.1 Conexión de Un Solo Punto

Para prevenir que estas corrientes circulantes afectaran las señales de computación y su operación, es

necesario mantener el sistema de tierra del computador separado de los componentes de la tierra de equipoy conectarlo en un solo punto. De hecho, es deseable mantener el sistema de tierra de la computadora

completamente aislado del sistema de tierra del sistema de puesta a tierra de equipo, excepto donde los dos

sistemas de tierras están conectados, en un solo punto . (Vea Fig 65)

Los fabricantes de computadores pueden tener varios sistemas de tierras diferentes. Pueden referirse a ellos

como los sistemas de tierra de potencia, tierra de señal, tierra de seguridad, etc. Con la excepción de la

tierra de seguridad, que generalmente es la envolvente metálica del equipo y que se requiere conectarla a

tierra por el artículo 250 del NEC, todas las otras tierras se conectan en un solo punto. Es en la

característica de este punto único de tierra que se enfoca nuestra preocupación.

Se pueden escoger un o dos lugares específicos en donde este punto único en donde los dos sistemas de

tierras, el sistema de tierra la fuente de potencia y el sistema de tierra del sistema de cómputo, pueden

ponerse a tierra. La Fig 70 muestra el punto común de la tierra del sistema de potencia. Los dos sistemasde tierra pueden conectarse a este punto común de tierra, que debería entonces ser el terminal de tierra para

ese equipo. O el sistema de tierra de la computadora puede conectarse al acero estructural

efectivamente aterrizado que esté más cerca de la computadora.


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Si la conexión interna de tierra de señal se conecta a la envolvente metálica en vez de estar aislada de ella,entonces todas las envolventes de los componentes requieren estar aislados de tierra o del un piso

conductor en el cual están apoyados. La colección total de tierra de la envolvente y de la señal se

conectará al más cercano acero estructural que esté efectivamente puesto a tierra.


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5.5.4.1 DescripciónDebido a que el sis tema de tierra del sistema de potencia se había encontrado sucio, una solución lógica era

no usar el sistema de puesta a tierra de equipo del sistema de potencia del inmueble . Una posible falta deentendimiento de parte de los fabricantes de la función y operación de la puesta a tierra del neutro y

del sistema de tierra, llevó al siguiente requisito equivocado de instalación propuesto por los

fabricantes de equipos electrónicos sensibles. La alternativa escogida fue aterrizar computadores a

un electrodo de tierra aislado, de una o más varillas enterradas y separadas del sistema de electrodos

de tierra del sistema de potencia. Esto se hizo generalmente utilizando de una a diez varillas unos pocos

pies del inmueble. Estas tendrían resistencia a tierra de 10 a 30 Ω. Esta resistencia adicional generalmente

escondió el problema eléctrico en el sistema de cómputo al añadir esta impedancia adicional en el circuito.

La eficiencia de las múltiples varillas, las cuales eran de 10 pies de longitud y generalmente enterradas a

una distancia de 10 pies unas de otras, estaba disminuida ya que la distancia más efectiva entre las varillas

es la suma de las longitudes de las varillas. Esta separación eléctrica de los electrodos de tierra sin su

unión a todos los otros electrodos de tierra, no satisface los requisititos del NEC . La Fig 66 muestra

este sistema. En algunos casos, en vez de usar varillas de 10 pies de longitud, se conectaban varias varillas

una después de la otra, incrementando la longitud a 20 pies, 30 pies o más. La longitud se escogía

dependiendo del área del país , del diseñador o del contratista.

5.5.4.2 Aislamiento del ruido

El sistema de tierras aisladas reduce el ruido, que venía del sistema de tierra del sistema de potencia, através de múltiples conexiones a tierra. De hecho, se le denominaba en algunos lugares del mundo una

“tierra limpia”. Debido a que se le inyectaba una impedancia adicional al circuito, todavía se acoplaba

algún ruido a menos que todos los computadores interconectados estuvieran conectados al mismo grupo de

electrodos. Pueden existir voltajes en la tierra entre electrodos incluso cuando existan unos pocos pies de

separación entre ellos. Estos voltajes pueden introducirse dentro de diferentes partes del sistema de

cómputo conectados a grupos de electrodos separados.


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5.5.4.3 ProblemasA pesar de que se eliminó el nivel de ruido continuo de bajo nivel por la práctica de tierras aisladas, se

encontraron varios incidentes catastróficos. Al analizar estos incidentes, se determinó que la

separación de las tierras era la responsable de que los componentes de las computadoras se estaban

sometiendo a voltajes muy elevados al existir condiciones de tormentas eléctricas. Estos voltajes

ocurrían independientemente si los computadores estuvieran en operación o no. Claramente, se requería

hacer cambios. Los altos voltajes se debían a que los rayos hacían contacto directo con el edificio en el

cual estaban las computadoras o cuando incidían directamente en el sistema de potencia que alimentaba el

inmueble. También existían otras causas que no eran tan obvias. Cuando centros cargados nubes de

tormentas eléctricas estaban sobre el edificio, entonces se inducían cargas en la tierra debajo de éste.

Debido a la resistencia de los electrodos de tierra del edificio, el voltaje en el edificio se elevaba a un nivelmuy superior al voltaje de los computadores. Los computadores, estaban referidos al voltaje del

electrodo de tierra separado y asilado. Esta diferencia en voltaje, y la capacitancia entre los

computadores y el armazón del edificio, inducía, en los componentes de los computadores, voltajes que

están por encima del voltaje de ruptura de éstos. Muchos componentes de computadores hechos de

semiconductores soportan solo unos 20 v o menos, incluso cuando estos sobrevoltajes duren un corto

período de tiempo como de 1 µs. La Fig 67 ilustra la condición descrita aquí.

Los voltajes de interferencia menores inyectados en los circuitos de los computadores por los voltajes

inducidos en el edificio, debido a centros de cargas en nubes directamente sobre el edificio, incluso sin la

presencia de descargas eléctricas, pueden causar problemas similares. Estos voltajes inducidos pueden

causar que el voltaje absoluto del edificio pueda estar a unos cuantos cientos de voltios de diferencia por

encima de un sistema de tierra a algunas pocas de decenas de pies del edificio. Estos voltajes son

esporádicos y transitorios y pueden inyectar pulsos en los circuitos de cómputo, interfiriendo con la

operación deseada o incluso causando daño a los componentes .


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5.5.4.5 El incumplimiento del Código Nacional EléctricoEl NEC (Secciones 250-5, 26,51,54,57,58 y 59) requiere que todo equipo eléctrico que se alimente de una

fuente eléctrica esté aterrizado o unido al punto de puesta a tierra de la fuente. (Adicionalmente, se requiere

que el neutro de toda fuente de alimentación esté puesto a tierra, con muy pocas excepciones.)Claramente, cuando se usa un electrodo de tierra aislado para una computadora, se viola el

requerimiento del NEC .

El NEC requiere un camino metálico desde la envolvente metálica de todo equipo alimentado al neutro de

la fuente. Si este camino tiene una baja impedancia, cualquier falla tendrá la suficiente magnitud para

operar en forma rápida el dispositivo de protección y quitarle la energía al equipo fa llado. Con electrodos

de tierras aislados, una falla en un computador va a requerir que la corriente de falla pase por ambos, la

resistencia del electrodo aislado y por la resistencia de la tierra del edificio. Si la resistencia del electrodo

aislado es de 20Ω y la resistencia del edificio es de 20 Ω, entonces una falla en un componente de 120 V

va a causar una corriente de 120/40 A o de 3 A. Esta magnitud de corriente obviamente es insuficiente para

operar incluso un dispositivo de protección de 15 A. La Fig 69 ilustra esta condición.

Una resistencia de 20Ω sería un valor muy deseable para una sola varilla de tierra enterrada en algunas

áreas de Estados Unidos. En una instalación de cómputo en New Yersey, se enterraron tres varillas de

tierra cerca de la cama de un río. Se midieron 55, 45 y 30 Ω respectivamente. Esto se debe considerar

como valores típicos. La falla permanecería entre la envolvente del computador y las partes metálicas

vecinas pertenecientes al edificio, constituyendo un peligro para el personal. Claramente, esta es una

condición que debe ser corregida.

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