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3. Manual p Tierra Ees 1-1
July 14, 2018 | Author: Guala | Category: Transformer, Electric Current, Electrical Resistance And Conductance, Voltage, Electricity
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PUESTA A TIERRA EQUIPOS DE COMPUTACION y TELECOMUNICACIONES Recomendacione Recome ndaciones s Técnicas Técnicas
S e expone una recopilación de información especializada y recomendable para los profesionales electricistas e ingenieros de telecomunicación e informática, respecto a la implementación de esquemas de puesta a tierra, para equipos electrónicos sensibles (EES), como lo son los computadores y equipos de Telecomunicaciones, de características no lineales. Puede ser usado como una Guía de Consulta y/o Texto Texto de Estudio. Con el avance de la tecnología y el aumento de cargas (EES) en las redes eléctricas el Profesional Electricista no solo debe saber decidir una malla a tierra para los equipos de potencia, sino que debe conocer los requerimientos que demandan los equipos EES respecto a su puesta a tierra. Por otro lado, al profesional del ámbito de las Telecomunicaciones debe a su vez ser conocedor a lo menos en lo básico de las mallas a tierra en las redes eléctricas, ya que el óptimo funcionamiento de sus equipos dependerá de la estabilidad y estado de la red eléctrica.
DANIEL VÍCTOR HENRÍQUEZ SANTANA
PUESTA A TIERRA EQUIPOS COMPUTACIÓN Y TELECOMUNICACIONES. Recomendaciones Técnicas WWW.DHSING.CL
DHSINGENIEROS RELATORES
PUESTA A TIERRA EQUIPOS DE COMPUTACIÓN y TELECOMUNICACI TELECOMUNICACIONES ONES RECOMENDACIONES TECNICAS AUTOR : Daniel Víctor Henríquez Santana, Santana , Ingeniero en Electricidad de la Universidad de Santiago de Chile. Diplomado en Evaluación de Proyectos Proyectos de Inversión en la U. de Chile Facultad de Economía. Licencia SEC SEC clase A. Relator externo de la UNIVERSIDAD DE CHILE Cenet en Electricidad avanzada, gestión de proyectos y administración de Servicios Técnicos. Contacto: www.dhsing.cl www.dhsing.cl , , [email protected] 083524371.
DERECHO DE AUTOR Derecho de Propiedad Propiedad Intelectual Nº 168.591 vigente desde el 17/1/2008. Ley Chilena sobre Propiedad Intelectual Nº 17.336.Se prohíbe la reproducción total o parcial d e éste texto de estud io para fines comerciales. comerciales.Como Como así mismo, su tratamiento informático, o la transmisión de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopias, por registros u otros métodos, sin la autorización expresa en forma escrita por el autor .
Este libro constituye una recopilación de información especializada y recomendable para los profesionales electricistas e ingenieros de telecomunicación e informática, respecto a la implementación de esquemas de puesta a tierra, para equipos electrónicos sensibles (EES), como lo son los computadores y equipos de Telecomunicaciones, de características no lineales. Puede ser usado como una Guía de Consulta y/o Texto de Estudio. Con el avance de la tecnología y el aumento de cargas (EES) en las redes eléctricas el Profesional Electricista Electricista no solo debe saber decidir una malla a tierra para los equipos de potencia, sino que debe conocer los requerimientos que demandan demandan los equipos EES respecto respecto a su puesta a tierra. Por otro lado, al profesional profesional del ámbito de las Telecomunicaciones debe a su vez ser conocedor a lo menos en lo básico de las mallas a tierra en las redes eléctricas, ya que el óptimo funcionamiento de sus equipos d ependerá de la calidad y estado de la red eléctrica. El autor de éste libro fue Relator por más de 10 años en la Universidad de Chile Cenet Centro Nacional de Electrónica y Telecomunicaciones en la especialidad de Proyecto Eléctrico, Mallas a Tierra, Contaminación Armónica y Tarifas Eléctricas. Actualmente es Relator para el Holding de la Central de Generación Hidroeléctrica y Distribución MT CREO S.A. de la X Región y Relator del del Centro Técnico INDURA CETI.
INDICE 1. PUESTA TIERRA EQUIPOS SENSIBLES (EES) 1.1. Introducción. Boletín Técnico Puestas a Tierra………………..……………………..….. 1
1.2. Sistema de Puesta a Tierra………………………………………………..…………………… .….5 1.3. Equipos de puesta a tierra……………………………………………………………………… ..10 1.4. Necesidades de puesta a tierra …………………………………………………………….……. 14 1.5. Resistencia de tierra ……………………………………………………………………………..…… 16 1.6. Tomas de tierra acopladas………………………………………………………………………… 18 1.7. Tomas de tierra con metales diferentes……………………………………… ..…………..18 1.8. Formulación resistencias de tomas de tierras convencional……………………… 19 1.9. Principio de la tierra única………………………………………………………………………… 21 1.10. Principio de la distribución estrella……………………………………………………… ....23 1.11. Puesta a tierra edificio telecomunicaciones………………….……………………… ...24 1.12. Masas comunes y Masas particulares…………………………………………………… ..25 2. FUGA A TIERRA DE CORRIENTES ARMÓNICAS 2.1. Fenómeno eléctrico y límites Normativo …………………………………………………. 28 2.2. Red computadores con diferenciales estándar………………………………………… 34 2.3. Red computadores con diferenciales HPI……………………………………………….. 37 2.4. Aterrizaje de protección contra cargas estáticas y rayos………………………….40
3. ESQUEMAS DE INSTALACION DE PUESTAS A TIERRA 3.1. Definición equipos sensibles (EES)…..………………….…………………………….… .…47 3.2. Aterrizaje de Equipos electrónicos sensibles……………………………………… .……49 3.3. Definiciones importante y operación de sistemas tierra aislada………….……52 3.4. Esquema convencional (EC)………………………………………………………… ..….……57 3.5. Esquema de Tierra punto-punto único (SPG)………………………………………….. 58 3.6. Esquema total de Tierra ( TSPG )…………………………………………………………….. 59 3.7. Esquema de Malla de referencia ( MRS) …………………………………………………… 60 3.8. Problemas de resonancia HF ……………………………………………………………………. 61 3.9. Mediciones de la puesta a tierra………………………………………………………… ..….65 3.10. Bibliografía …………………………………………………………………………………………… ..67
Soporte Científico-Técnico Boletín No. 9 Año 2001 by AWD
¿Una sola tierra eléctrica?.¿Tierras separadas?.¿Tierras interconectadas?. Por: Ing. Armando Rivero Ybarburu.
Contenido: 
Normas de Tierras eléctricas.
Este tema de la electrotecnia ha ido variando en su enfoque durante el siglo a medida que las instalaciones electrotécnicas se han vuelto más complejas y exigentes, lo cual se ha agudizado durante los últimos años con la introducción masiva de equipos electrónicos sensibles. Los problemas eléctricos con dichos equipos tienen orígenes muy diversos y entre ellos está el referente a las tierras eléctricas. En Cuba, recientemente, han ocurrido daños en equipos de comunicaciones y de transmisión de datos, con la reacción siguiente de los técnicos involucrados en cada caso: la causa ha sido la conexión del sistema de protección contra rayos a una tierra común, sin un estudio que avale ese criterio. El presente trabajo constituye una compilación de regulaciones a nuestro alcance sobre las tierras eléctricas contenidas en normas, de la IEC y otras instituciones, en códigos y en publicaciones de fabricantes de equipos electrónicos sensibles. El autor del trabajo se ha limitado a hacer la selección de las regulaciones, traducirlas y ordenarlas en una secuencia que le ha parecido apropiada, sin comentario alguno. El lector sacará sus propias conclusiones.
Serie de Colección
1. INTERNATlONAL STANDARD. lec 61024-1. 1990-03 "Protección de estructuras contra los rayos. Parte 1 : Principios generales".
es preferible un sistema único integrado de terminación en tierra, adecuado para todos los fines (o sea, protección contra rayos, sistemas electroenergéticos de baja tensión, sistemas de telecomunicaciones),
2.3.1 General Desde el punto de vista de la protección contra rayos, es preferible un sistema único integrado de terminación en tierra, adecuado para todos los fines (o sea, protección contra rayos. sistemas electroenergéticos de baja tensión, sistemas de telecomunicaciones). Los sistemas de terminación en tierra que deben estar separados por otras razones, se conectarían al integrado por enlaces equipotenciales de acuerdo con la Subcláusula 3.1.
3. USA STANDARD. ANSI/NFPA 78. 1986 "Código de protección contra rayos" 3,14 Puesta a tierra común Todos los medios de puesta a tierra en una estructura, o sobre ella, se interconectarán para proporcionar un potencial común a tierra, Esto incluirá las tierras de la protección contra los rayos, el servicio eléctrico, teléfono y antenas, así como los sistemas de tuberías metálicas soterradas.
4, USA STANDARD. ANSI/NFPA 75. 1992 "Protección de equipos electrónicos de computación y procesamiento de datos".
La equipotencialización es una medida muy importante para reducir los peligros de incendio y explosión, y la amenaza a la vida, en el espacio a proteger. La equipotencialización se alcanza por medio de conductores de enlace o supresores de impulsos que conectan el sistema de protección contra rayos, la armadura metálica de la estructura, la instalación metálica, las partes conductoras extrañas y las instalaciones eléctricas y de telecomunicaciones dentro del espacio a proteger.
Apéndice B. 645-4 Puesta a tierra Todas las partes metálicas expuestas noportadoras de corriente de un sistema de procesamiento de datos se conectarán a tierra de acuerdo con el Artículo 250 (Nota del Autor: Artículo del NFPA 70),
5. USA STANDARD. ANSI/NFPA 70. 1993 "Código Eléctrico Nacional", 250.81 Sistema de electrodos de tierra . Si las facilidades en cada edificio o estructura disponen de ellos, cada uno de los electrodos en (a) hasta (d) a continuación, y cualquiera de los electrodos hechos de acuerdo con las Secciones 250-83 (c)y (d), se interconectarán para formar el sistema de electrodos de tierra. Las tuberías metálicas hidráulicas interiores : (a) Tubería metálica hidráulica soterrada, (b) Tubería metálica del edificio donde esté puesta a tierra con efectividad. (c) Electrodo embebido en hormigón, (d) Anillo de tierra, Un anillo que rodea al edificio o estructura
2. INTERNATIONAL STANDARD. IEC 61024-1.2. 1998-05 "Protección de estructuras contra los rayos. Parte I 1-2: Principios generales. Guía B -Diseño, instalación, mantenimiento e inspección de sistemas de protección contra rayos",
2.4.1.1 General Desde el punto de vista de la protección contra rayos,
250,83 Electrodos hechos y otros . Cuando no están disponibles ninguno de los electrodos especificados, en la Sección 250-81, se usará uno, o más de uno, de , los electrodos especificados en (b) hasta (d) a continuación, Donde sea factible, los electrodos hechos
una junta aislante o de un dispositivo equivalente. 800-40 Puesta a tierra del cable y del protector primario . La(s) parte(s) metálica(s) del forro de cable, donde la Sección 800-33 exija conectarla(s) a tierra, y los protectores primarios se conectarán tierra en la forma especificada a continuación en (a) hasta (d). (a) (b) Electrodo. El conductor de tierra se conectará como sigue: Al lugar accesible más cercano en: (1) el sistema dE electrodos de tierra del edificio o estructura indicada en la Sección 250-81, (2) el sistema a tierra de las tuberías hidráulicas metálicas interiores indicado en la Sección 250-80 (a), (3) los medios accesibles de servicio electroenergético externos a los recintos indicados en la Sección 250-71 (b), (4) las canalizaciones metálicas del servicio electroenergético, (5) la carcasa de los equipos de servicio. (6) el conductor del electrodo de tierra o la cubierta metálica del conductor de electrodo de (c) Conexión de electrodos. Se conectará un enlace de conexión no menor del No.6 AWG de cobre c equivalente entre el electrodo de tierra de comunicaciones y el sistema de electrodos de tierra del servicio electroenergético en el edificio o estructura donde se utilicen electrodos segregados. Se permitirá la interconexión de todos los electrodos segregados.
(b) Otros sistemas o estructuras locales metálicas soterrados. Otros sistemas metálicos como los de tuberías y tanques soterrados. (c) Electrodos de barra o tubería, (d) Electrodos de plancha. 250.86 Uso de barras de pararrayos. Los conductores de los pararrayos u otros electrodos hechos usados para la puesta a tierra de barras de pararrayos. no se utilizarán en lugar de los electrodos de tierra hechos exigidos por la Sección 25083 para la puesta a tierra de sistemas y equipos, Esta disposición no prohibirá la interconexión exigida de los electrodos de tierra de los diferentes sistemas. (Nota No.2): La interconexión de todos los electrodos; de tierra segregados limitará las diferencias de potencial entre ellos y entre sus sistemas de cableado asociados. Artículo 645 .computadora electrónica equipo de procesamiento de datos. 645-15 Puesta a tierra. Todas las partes metálica , expuestas no-portadoras de corriente de un sistema de procesamiento de datos por computadoras electrónicas se conectarán a tierra de acuerdo con el Articulo 250 o tendrán aislamiento doble.
Artículo 810- equipos de radio y televisión Artículo 820 -televisión por antena de comunidad(catv) y sistemas de distribución de radio (Nota del Autor: En estos Artículos se indica práctica. mente lo mismo que lo expresado antes para el Artículo 800).
Artículo 800 circuitos de comunicaciones 800-33 Puesta a tierra de cables. El forro metálico de los cables de comunicaciones que penetran en lo edificios se conectará a tierra tan cerca como se. posible del punto de entrada o se interrumpirá tal cerca del punto de entrada como sea factible por medio de
6. CSA sr ANDARD. C22.1 -1990 Código Eléctrico Canadiense. Parte 1. Décimo sexta edición . Norma de Seguridad para Instalaciones Eléctricas.
10-206 Conexiones a tierra para sistemas segregados (b) Si se emplean dos sistemas o más, se instalará un conductor de puesta a tierra común a menos que se provea una tierra segregada para cada sistema, en cuyo caso se interconectarán las tierras de los sistemas individuales.
10-710 Uso de conductores de pararrayos. Los conductores de pararrayos y las tuberías y varillas hincadas. u otros electrodos, excluidos los sistemas de tuberías metálicas hidráulicas soterradas, utiliza- dos para la conexión a tierra de pararrayos, no se usarán para la puesta a tierra de sistemas de cableado u otros equipos eléctricos.
10-402 Equipos fijos, específicos (1) Las partes metálicas expuestas no portadoras de corriente de los equipos fijos siguientes se conectarán a tierra (k) Equipos de procesamiento de datos. 10-406 Equipos no-eléctricos (ver Apéndice B) (6) En salas de computadoras y lugares similares que tienen pisos elevados con soportes metálicos, al me- nos cada cuarto pedestal se conectará a tierra por un conductor de cobre No.6 AWG o equivalente. 10-706 Espaciamiento o interconexión de los sistemas eléctricos y de protección contra rayos. Donde sea factible. se proveerá una separación no menor de 2 m entre los conductores de pararrayos y los conductores y equipos eléctricos, pero si esta separación no fuese posible, los electrodos de tierra para los dos sistemas se interconectarán, al nivel del terreno o por debajo de él. con un conductor de un tamaño no menor.
Sección 60 -Sistemas comunicación
60.706 Electrodos de tierra (ver Apéndice B) (4) Donde se utilice una tubería o varilla hincada como electrodo de tierra para un sistema de comunicación, tendrá una separación no menor de 2 m de cualquier otro electrodo, incluidos aquellos usados para circuitos electroenergéticos, radio, pararrayos, o cualquier otro propósito y se conectarán sólo a los de los circuitos electroenergéticos de acuerdo con las Reglas 10-702 (9) (a). (b) y (c). (concluye en el próximo boletín)
10.708 Espaciamiento e interconexión de las tierras de sistemas eléctricos, de comunicación y de antena de comunidad. Donde se proveen electrodos artificiales segregados como medios de puesta a tierra para sistemas eléctricos, de comunicaciones y de antena de comunidad, cada electrodo estará separado al menos 2 m de cualquier otro electrodo. como se exige por la Regla 10-702 (8) y ellos se interconectarán de acuerdo con la Regla 10-702 (9).
1.2. SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Puesta a tierra significa el aterramiento físico o la conexión de un equipo a través de un conductor hacia tierra. La tierra está compuesta por muchos materiales, los cuales pueden ser buenos o malos conductores de la electricidad, pero, la tierra como un todo s considerada como un buen conductor. Por esta razón y como punto de referencia, al potencial de tierra se le asume cero. La resistencia de un electrodo de tierra, medido en ohmios, determina que tan rápido, y a que potencial, la energía se equipara. De esta manera, la puesta a tierra es necesaria para mantener el potencial de los objetos al mismo nivel de tierra. La resistencia de tierra es la resistencia eléctrica del suelo al flujo de la corriente AC y DC. La unidad de medida usada más frecuentemente es el ohmio-metro, el cual se refiere a la resistencia medida entre caras opuestas de un metro cúbico de suelo. Teóricamente, la resistencia de un sistema aterrizado R puede ser calculada usando la formula general de resistencia:
Donde: r = Resistividad de la tierra (ohmios – metros) L = Longitud de tramo conductivo (metros) A = Sección transversal del área de la trayectoria (metros cuadrados)
Tanto la temperatura como la humedad del suelo pueden variar significativamente el valor de la resistencia del suelo. La resistividad del suelo no varía significativamente hasta que las temperaturas alcanzan las condiciones de congelamiento (unos 32° F). A esta temperatura la humedad en el suelo se congelará aumentando la resistividad del suelo. La acumulación de sales en el suelo también influye su resistencia. En general, entre mayor cantidad de sales o electrolitos contenga el suelo, menor será su resistencia. Definiciones:
Sistema Aislado: son los sistemas, circuitos o aparatos, sin conexión intencional a tierra, excepto a los medidores de potencial o de aparatos de medición o de equipos de impedancia alta. Sistema Aterrizado: es un sistema de conductores en donde, por lo menos, un conductor o punto (generalmente el de en medio o neutro de las bobinas de generadores o transformadores) se conecta intencionalmente a tierra, ya sea sólidamente o a través de una impedancia. Aterrizado Sólidamente: se conecta directamente, por medio de alguna conexión adecuada a tierra, sin que tenga una impedancia intencional.
Aterrizado Efectivamente: se conecta a tierra a través de una impedancia baja, de tal forma que para todas las condiciones del sistema, la relación de la reactancia de secuencia cero a la de secuencia positiva
( ) sea positiva y menor que tres y que la relación de resistencias de
secuencia cero a reactancia de secuencia positiva
( ) sea positiva y menor que 1.
Aterrizaje por Resistencia: se aterriza por medio de una impedancia en la que el elemento principal es una resistencia. Aterrizaje por Inductancia: se aterriza por medio de una impedancia en la que el elemento principal es una inductancia Factores Que Influyen En La Selección De Un Sistema Aterrizado O Aislado Continuidad en el servicio. Muchas plantas han estado trabajando con sistemas aislados en uno o varios niveles de voltaje, para ganar un poco más de continuidad en el servicio. El hecho de que cualquier contacto de una fase del sistema y tierra no provoque suspensión del servicio de ninguna carga, puede representar una ventaja para muchas plantas, dependiendo de la importancia por el tipo de planta. En muchos casos, los sistemas se aterrizan para que los equipos de protección de los equipos remuevan los circuitos que tienen falla, sin importar que tipo de falla. Una falla de fase a tierra produce el aislamiento inmediato del circuito que tiene la falla, suspendiendo el servicio a las cargas de ese circuito. Fallas múltiples a tierra. Aunque la falla a tierra de una fase, en un sistema aislado, no produce suspensión del servicio, si ocurre una segunda falla, en una fase diferente y antes de limpiar la primera, sí se producirá suspensión del servicio. Mientras más tiempo se permita la primera falla, mayor será la posibilidad de que ocurra la segunda falla en otra fase y provoque la suspensión del servicio. La ventaja de los sistemas aislados se pierde si se ignora la primera falla hasta que se produzca la segunda. En los sistemas aislados se debe tener un programa de mantenimiento organizado para localizar y remover fallas, tan pronto como sea posible, después que se detectan. Incendios por fallas con arqueo . Últimamente y especialmente en sistemas de bajo voltaje, se han reportado incendios por fallas por arqueo, provocando daños severos o destrucción total del equipo eléctrico, por la energía de las fallas con arqueo. En los casos típicos, la falla con arqueo se establece entre dos o más fases de un sistema aislado o entre las fases y tierra de un sistema aterrizado. La falla con arqueo libera cantidades enormes d energía en el punto de la falla, lo cual libera violentamente, gases calientes y plasma de arco. El calor es tan intenso que vaporiza el cobre o aluminio y el hierro de los alrededores y produce gases tóxicos e inflamables. Típicamente, el elemento normal de protección de sobre corriente no opera rápidamente para remover la falla inicial. Es posible que la corriente de falla sea menor que el disparo o que el tiempo de acción u operación sea muy largo, mientras tanto, se está produciendo el arqueo. Los sistemas aterrizados
sólidamente o con resistencia baja, permiten la protección contra incendios por fallas con arqueo entre fase y tierra; desdichadamente, todavía no hay forma de protección contra corrientes de falla con arqueo de línea a línea. Localización de fallas. En sistemas aislados, la falla a tierra no abre el circuito. Se deben instalar equipos para que detecten y avisen. Es importante que el equipo nos permita la detección de la falla sin cortar la energía, para no esperar hasta que se pueda desconectar el sistema. En los sistemas aterrizados, en cambio, las fallas accidentales a tierra se localizan y detectan por la desconexión automática del circuito o equipo con falla. Seguridad. Muchos de los peligros del personal y los equipos se producen porque la puesta a tierra de los equipos o estructuras metálicas es pobre o no existe. Sin importar si el sistema es aterrizado o no, las consideraciones de seguridad exigen que los equipos y estructuras se aterricen. Pueden aparecer otros peligros de golpes eléctricos o fuego en sistemas aterrizados o aislados, a causa de aterrizaje inadecuado de los equipos. Las fallas accidentales a tierra son inevitables. Los pasos de corriente a tierra por fallas en el aislamiento entre las bobinas y la carcaza o estructura de los motores se pueden dar por la grasa u otros materiales que se pueden encender con las chispas o con calentamientos localizados. Peligros de voltajes anormales. Los sobrevoltajes posibles en los sistemas aislados pueden causar más frecuencias de fallas del equipo, que si el sistema se aterrizara. En muchos casos, se producen fallas n más de un equipo al mismo tiempo. Estas fallas múltiples no se producen, necesariamente, en el mismo alimentador o circuito derivado, sino que pueden involucrar equipos en varios alimentadores diferentes. Sobrevoltajes de los sistemas de potencia. Algunas de las fuentes de sobrevoltaje más comunes en sistemas de potencia son las siguientes :       
Descargas eléctricas (lightning) Pulsos de conexión y desconexión (switching sources) Cargas estáticas Contacto con sistemas de alto voltaje (HV® LV) Fallas de línea a tierra Condiciones resonantes Fallas a tierra con reencendido
Descargas eléctricas. Muchos sistemas industriales tienen protección de escudo contra las descargas eléctricas directas. Muchos circuitos son subterráneos en ductos o en conductos metálicos o canaletas. Hasta los circuitos aéreos se protegen con las estructuras metálicas adyacentes o con los edificios. Los pararrayos en la entrada de servicio limitan los pulsos de voltaje hacia la planta, que resultan de las descargas en las líneas de servicio expuestas. Este pulso es capaz
de dañar los equipos conectados en secundario, a menos que tengan equipos de protección contra impulsos. Pulsos de conexión y desconexión (switcheo ). Estas operaciones, normales en el sistema, pueden causar sobrevoltajes. Generalmente son menores que tres veces el voltaje normal y de duración corta. El sobrevoltaje que se desarrolla resulta de la oscilación transitoria entre la capacitancia y la inductancia del circuito, la energía en el momento de al interrupción está almacenada en la capacitancia del circuito. Estática. La creación de sobrevoltajes en los conductores de los sistemas de potencia, debido a las cargas estáticas no es problema para las plantas modernas que tienen los circuitos y equipos en montajes metálicos. La carga estática de las bandas transportadoras puede crear voltajes que se pueden transmitir al sistema de potencia, a menos que las estructuras de los motores se aterricen adecuadamente. Las líneas aéreas están expuestas a sobrevoltajes estáticos, en ciertas condiciones atmosféricas. La creación de sobrevoltajes estáticos se pueden prevenir conectando a tierra al sistema aún en el caso de resistencia alta. Contacto con sistemas de alto voltaje. Sucede cuando se rompe una línea de alta tensión y toma contacto con conductores de bajo voltaje, o cuando falla el aislamiento entre las bobinas de alta y baja tensión. Si el sistema se aterriza efectivamente, aunque se producen cantidades grandes de corriente de falla, el neutro del sistema permanecerá muy cerca del potencial de tierra y los sobrevoltajes a tierra, en el lado de bajo voltaje, se reducen considerablemente. Fallas de línea a tierra. La causa más común de sobrevoltaje sostenidos en los sistemas aislados es que una fase del sistema se aterrice. En este caso el aislamiento de las otras dos fases se someten a un 73% más de lo normal. El sistema aterrizado sólidamente no permite este sobrevoltaje. Aún que no es suficiente para que no se provoque la falla del aislamiento, la repetición de estas condiciones acorta su vida útil. Condiciones resonantes. Los sistemas aislados están expuestos a los voltajes resonantes. Como la capacitancia de fase a tierra de los sistemas grandes es alta, se puede dar la condición aproximada de circuito resonante durante una falla de línea a tierra, con alguna inductancia, como una bobina dañada de un arrancador de motor. El voltaje a tierra de las líneas no falladas puede ser considerablemente mayor que el voltaje de línea a línea. Los sobrevoltajes debidos a resonancia se encuentran en circuitos pequeños y en los que se usan circuitos sintonizados inductanciacapacitancia como es el caso de los equipos de soldadura. Fallas a tierra con reencendido. Las experiencias de campo y de los estudios teóricos demuestran que los arcos, los reencendidos y las fallas vibrantes a tierra en los sistemas aislados y bajo ciertas condiciones producen pulsos de voltaje de hasta seis veces el normal. La condición necesaria para que se produzca estos sobrevoltajes es que la resistencia dieléctrica de la trayectoria del arco crezca a mayor velocidad, después de cada extinción del arco, que la que tubo en la extinción anterior.
Este fenómeno es más común en el aire entre los contactos estacionarios porque esta trayectoria, para el arco no es capaz de desarrollar suficiente recuperación de la capacidad dieléctrica. También ocurre en áreas cerradas donde la presión del gas se incrementa después de cada período de conducción. Costos. La diferencia de costos entre sistemas con el neutro aterrizado o aislado varía dependiendo del método de aterrizaje, del grado de protección que se desea y si el sistema que se va a aterrizar es nuevo o ya existe. La decisión para convertir un sistema aislado en aterrizado depende de la decisión de limitar los sobrevoltajes transitorios. Los sistemas antiguos tienen degradados los aislamientos, por la edad, las condiciones atmosféricas y los sobrevoltajes que han sufrido; por lo tanto están más expuestos a fallas y en el costo para convertirlos en aterrizados puede ser mucho menor que el costo de reparar cables, motores o transformadores si no se hace el cambio. Tendencias en la aplicación de sistemas aterrizados. Las razones básicas para aterrizar los sistemas son :
Limitar la diferencia de potencial eléctrico entre todos los objetos conductores aislados. Separar los equipos y circuitos que fallan, cuando se produce la misma Limitar los sobrevoltajes que aparecen en el sistema en diferentes condiciones. Selección De Los Puntos De Toma De Tierra Del Sistema Tierra en cada nivel de voltaje. Los transformadores delta-estrella o estrella-delta bloquean efectivamente, el flujo de corriente de secuencia cero entre sistemas. Por lo tanto, debemos aterrizar en cada nivel de voltaje, para aprovechar las ventajas del aterrizaje del neutro en todas las partes de los sistemas. Cada nivel de voltaje se puede aterrizar en: el neutro del generador, el neutro del banco de transformadores de potencia o el neutro del transformador de tierra. Cualquier generador o transformador que se use para aterrizar, debe permanecer conectado al sistema, siempre. Se deben aterrizar varios generadores o transformadores, para garantizar que siempre se tenga, por lo menos, una conexión a tierra del sistema. Otras desventajas de aterrizar en las cargas son:    
Las subestaciones unitarias estándar de bajo voltaje tienen el primario en delta, entonces hay que agregar transformadores para aterrizar Como la corriente de falla depende del número de alimentadores o puntos de aterrizaje en operación, tendremos muchas variaciones que dependerán de las condiciones de operación del sistema. Esto dificulta el relevo selectivo y puede demandar relés direccionales de tierra adicionales para evitar disparos falsos de alimentadores sin problemas. Los embobinados de muchos motores no se diseñaron para soportar las fuerzas desbalanceadas asociadas con las fallas a tierra. Aterrizaje en la fuente de potencia y no en la carga. No se recomienda que el sistema se aterrice en el neutro del lado de la carga de los transformadores estrella-delta o de los motores conectados en
estrella. La principal desventaja es que para garantizar de que el sistema permanece aterrizado, cuando una o más cargas salen de servicio, se deben aterrizar varias de esas cargas, sino todas. Aterrizar cada una de las barras alimentadoras más grandes. Si hay dos o más barras alimentadoras, cada una debería tener, por lo menos, un punto del neutro aterrizado. Esto es porque se puede interrumpir el circuito de interconexión. Si hay dos o más fuentes de potencia por barra, se debe prever el aterrizaje de dos fuentes en cada barra, por lo menos. Disposición del circuito neutro. Después de seleccionar el método de aterrizaje y punto de conexión a tierra, el siguiente paso es determinar: ¿Cuántos puntos de generador o transformador se aterrizaran? Y además, ¿Se conectará cada neutro independientemente a tierra? o ¿Se establecerá una sola barra neutro con una sola conexión a tierra? Fuente de potencia sencilla. Se puede conectar el neutro de la fuente directamente a tierra o a través de impedancia en el neutro. No se necesita interruptor o "circuit breaker" para abrir el circuito del neutro. Tampoco interesa que el neutro se mantenga aislado cuando se le da servicio al generador o el transformador. De todas maneras, el equipo de interrupción del neutro incrementaría, excesivamente, el costo del aterrizaje. Varias fuentes de potencia. Cuando hay dos o tres generadores o transformadores de potencia, se usan impedancias individuales en el neutro. Cada neutro de cada fuente se conecta directamente a su impedancia, sin que intervenga algún equipo de conexión o desconexión. Por seguridad para el personal, es mejor usar "circuit breakers" en instalaciones interiores. Si se usan interruptores de desconexión, como los que se ocupan en instalaciones exteriores, se deben instalar en alto o encerrados en cajas metálicas y con enganche para prevenir que no lo operen, excepto cuando los primarios, los secundarios, los generadores y sus circuitos de campo se encuentren desconectados. 1.3. EQUIPOS DE PUESTA A TIERRA Generalidades: El equipo de puesta a tierra, en contraste con los sistemas de puesta a tierra, se refiere a la forma en que los materiales conductivos, no eléctricos, que encierran a los conductores adyacentes a ellos, se interconectan y se aterrizan. Los objetivos básicos que se buscan son los siguientes: Asegurar que las personas en el lugar estén libres de riesgos de choques eléctricos de voltaje peligrosos. Suministrar capacidad de conducción de corriente, tanto en magnitud como en duración adecuada para aceptar la corriente de falla a tierra que permite el sistema de protección de sobre corriente sin provocar fuego o explosiones. Contribuir al excelente funcionamiento y óptimo del sistema eléctrico
Las estadísticas de accidentes en la industria eléctrica presentan evidencias claras de que muchos de los daños personales los provocan los choques eléctricos, como resultado de contacto con los elementos metálicos, que normalmente no están energizados y que se esperan que permanezcan "no energizados". Estos daños se podrían eliminar usando un equipo efectivo de puesta a tierra. Cuando hay contacto "no intencional" entre un conductor eléctrico sin energía y la armazón o estructura metálica que lo encierra (o que está adyacente), la armazón o estructura tiende a energizarse al mismo nivel del voltaje que existiera en el conductor energizado. Para oponerse a esta tendencia y para evitar la exposición accidental a un choque peligroso de voltaje, el conductor de puesta a tierra del equipo debe ofrecer una trayectoria de impedancia baja, desde la armazón hasta la referencia de potencia cero en la unión en al entrada de la fuente o de servicio. La impedancia del conductor de puesta a tierra debe ser suficientemente baja como para aceptar la magnitud total de la corriente de falla a tierra, sin provocar una caída de voltaje IZ peligrosa. Está cloro que el factor determinante para las características del conductor, será el valor de la corriente de falla del sistema de suministro. Además de buscar que el peligro de exposición al choque eléctrico por voltaje sea bajo, el conductor de puesta a tierra debe funcionar conduciendo la corriente total de la falla a tierra (en magnitud y duración) sin elevar excesivamente la temperatura o sin causar la expulsión de chispas o arcos que puedan iniciar un incendio o una explosión. El resumen de los reclamos a las compañías aseguradoras indica que uno de cada siete incendios en establecimientos industriales, tiene su origen en el sistema eléctrico. Aunque, también es cierto, que estos informes contienen algunas responsabilidades injustificadas en la categoría de alambrado defectuoso, la mayoría de incendios se produce por dificultades en la operación del sistema eléctrico. Sin embargo, se pueden reducir los riesgos de incendio, con el desarrollo y la adopción de métodos más efectivos en el equipo de puesta a tierra de los sistemas. Conexión a tierra. En la literatura técnica se manejan dos términos: "ground" (tierra o masa) y "earth" (tierra o planeta) que se parecen mucho, pero que realmente no son lo mismo. El sistema eléctrico de un avión en vuelo tendrá una barra de tierra, conductor de puesta a tierra, etc., obviamente aquí no funciona el planeta tierra. Para un electricista que trabaja en un décimo piso de un edificio, su referencia de tierra es la estructura del edificio. Si el trabajador se traslada al primer piso, donde el concreto descansa sobre el suelo, o al suelo de una subestación abierta, su referencia apropiada de tierra es el planeta para evitar peligrosos choques de voltaje.
En realidad el planeta tierra en un conductor eléctrico pobre o malo, cuya resistividad es unas mil millones de veces más grande que la del cobre. Una varilla de 8 pies (2.44 m) y ¾ de pulgada (19.05 mm) de diámetro, enterrada en tierra puede representar una conexión a tierra de 25 ohmios. Esta resistencia se forma por la combinación en serie de cilindros concéntricos de tierra y del mismo espesor. El cilindro interior es el que tiene mayor resistencia, por lo tanto es más importante. La mitad de los 25 ohmios estarán en un cilindro de 1 pie (0.3 m) de diámetro. Por la misma razón, la mitad de la caída de voltaje que resulte de la inyección de corriente en este electrodo de tierra podría aparecer entre los primeros 0.5 pies (0.15 m) de la superficie de la tierra radialmente desde el electrodo. Si la corriente es de 1,000 amperios, el electrodo subirá su voltaje, con respecto al potencial de tierra hasta : (1,000) (25) = 25,000 voltios La mitad de este voltaje (12,500 voltios), aparecería como caída de voltaje entre el electrodo y la tierra colocada a sólo 0.5 pies (0.15 m) desde el electrodo. Si una persona se para 0.5 pies (0.15 m) y toca el electrodo, recibirá este potencial.
ES = potencial de la superficie de la tierra d = distancia radial desde la barra Potencial de la superficie de tierra alrededor de una barra de tierra cuando fluye corriente.
La seguridad se mejora colocando grava con buen drenaje en el piso. En los interruptores de operación manual se colocan rejillas metálicas conectadas a la estructura metálica del interruptor para asegurar que las manos del operador y sus pies estén al mismo potencial.
Aparatos terminales : La función de aterrizar los equipos, en los aparatos terminales, es solo para conectar las partes metálicas, no eléctricas, de las cajas en que se encuentran en los aparatos terminales o que se encuentren adyacentes a cables con energía, con el conductor de aterrizaje.
Patrones típicos de conductores de la fuente de circuitos de potencia para uso en aparatos con énfasis en la distribución entre conductores de aterrizaje y aterrizados
Figura . Conexiones ideales para equipo electrónico delicado
1.4 NECESIDADES DE PUESTAS A TIERRA Los problemas de puestas a tierra han sido objeto de numerosos estudios y dado lugar a gran numero de documentos. Con respecto a los equipos de telecomunicación y computación, se ha hecho un estudio reciente con el fin de obtener un documento sintetizado destinado a facilitar la tarea de los Electricistas. Este estudio muestra la necesidad de realizar una puesta a tierra única dando un potencial de referencia local y define los medios para evitar de que las corrientes de fallas fluyan por caminos que no sean aquellos que deban conducirlos a tierra. (masa terrestre). En los párrafos siguientes se estudian los casos de puesta a tierra más comunes en los centros de telecomunicaciones e informática y se dan las reglas generales de distribución y de conexiones a la puesta a tierra. En un centro de telecomunicaciones la necesidad de puesta a tierra es de 2 tipos : La protección de las personas y del material que constituye la red eléctrica.
El buen funcionamiento de los equipos de telecomunicación y computación . (EES). Protección del personal y del material eléctrico Esta protección consiste en limitar a valores prudentes (no peligrosos) las sobretensiones accidentales. Las redes de distribución de energía eléctrica utilizan e imponen a los utilizadores, las puestas a tierra para influenciar en el comportamiento de la red en el caso de fallas a tierra (funcionamiento de
eléctrico)
en la cercanía del sitio del defecto. Esto es además uno de los objetivos de los Norma Eléctricas nacionales
energía eléctrica. Según la situación y la estructura del edificio, en un medio urbano o rural, la protección contra las descargas atmosféricas se hace con pararrayos y una vía de descarga hacia el suelo de muy baja impedancia de no más 1 a 2 ohms. Funcionamiento de los equipos de computación y telecomunicaciones Para el buen
funcionamiento de los equipos de telecomunicaciones e informática se debe
considerar la : Fijación de un potencial de referencia común para la red topológica de los equipos (potencial de tierra o cero). Limitar la diafonía. Es necesario conectar a tierra una de las polaridades de la fuente de alimentación. Atenuar o reducir las tensiones de ruido. Se debe conectar las carcazas metálicas de los cables a tierra y equipos. Instalaciones de tierra Para suprimir los peligros de contacto eléctrico directo , reducir el riesgo de accidentes materiales en las instalaciones y asegurar el funcionamiento de los equipos de telecomunicación es necesario hacer instalaciones de tierra según describe la Norma NCH4-2003. Tabla 10.24. Se entiende por puesta a tierra el conjunto de tomas de tierra del o de los conductores de tierra, del colector de tierra y del sistema de distribución eléctrica. Una puesta a tierra o electrodo de tierra se realiza por medio de piezas conductoras o Malla enterradas y se caracteriza por su valor de resistencia de tierra Rpt expresado en ohms.
Debe considerarse además, y observado por muy pocos electricista que la resistencia puesta a tierra Rpt final es una combinación y efecto del terreno ( expresado como resistividad ohmxmt ) y características físicas del electrodo elegido. 1.5. RESISTENCIA DE TIERRA Definición de una resistencia de puesta a tierra Rpt Supongamos una diferencia de potencial alterna entre dos puestas a tierra A y B de formas diferentes pero del mismo metal enterrados en un suelo homogéneo y distante 12 mts promedio. Desplazando un electrodo auxiliar C sobre la línea AB y obteniendo la tensión VAC , se tiene una curva de la forma indicada en la siguiente figura.
Definición de una resistencia de tierra Rpt
Si se traza en la superficie del suelo las líneas equipotenciales alrededor de A y B, se constata que a una cierta distancia da o db , la tensión Vac ya no varía : el paso de corriente entre A y B sólo modifica la repartición de potencial del suelo alrededor de los 2 electrodos. Fuera de estas zonas realmente circulares, el suelo se encuentra por convención al potencial cero o potencial de tierra lejana o potencial de la masa terrestre. Si se hacen las curvas para diferentes valores de corrientes o frecuencias, se constata que Va y Vb permanecen proporcionales a las corrientes. Se define ahora la resistencia de los electrodos A y B por las razones :
RA = VA efic Iefic
RB = VB efic Iefic
La experiencia ha demostrado por otra parte que modificando la forma de B, su profundidad en el suelo
interpretarse simplemente, si se considera el electrodo A llevado al potencial Va. como la placa de un condensador, la otra la constituye la superficie del suelo a potencial cero : Ra que constituye la resistencia de fugas de este condensador es independiente de la presencia de otros electrodos (u otros
A. Orden de Magnitud de los diferentes parámetros citados 
Intensidad Eficaz
La mayor parte de los aparatos de medidas industriales dan para Ief un valor máximo de 20 ma eficaz. Se pueden hacer montajes en las cuales Ief alcanza varios amperes, pero ahora Vg , Va y Vb, alcanzan algunas centenas de volts. Las tensiones de paso alrededor de los electrodos son elevadas y la vida subterránea se destruye parcialmente. Frecuencias Las frecuencias utilizadas están comprendidas entre algunos Hz y algunas centenas de Hz. 
Los equipos de medida recientes ( Geohmetro ) están provistos de un oscilador entregando una frecuencia estable del orden de 225 Hz los cuales permiten eliminar parcialmente la influencias de corrientes perturbadoras de 50 Hz. Radio de Círculos de limitación El radio de los círculos de limitación están comprendido entre 2 y 5 mts. 
Resistencia de puesta a tierra y medidas Estas varían de algunas décimas de ohms a 150 ohms , según la forma del electrodo de tierra y la naturaleza del terreno. 
Como ejemplo, para una puesta a tierra puntual (barra CU, estaca, varilla) se obtiene de 5 a algunas decenas de ohms : para un conductor enterrado rodeando un edificio urbano de 0,1 ohms a 1 ohms : por el contrario, en un terreno rocoso y seco se puede obtener de 100 a 150 ohms. Representación de una toma de tierra De la definición de la resistencia de tierra, resulta que una puesta a tierra puede ser representada por una resistencia igual a la resistencia de tierra medida con un extremo conectado a la masa terrestre (cero potencial).
En ausencia de fallas, estas puestas a tierra "no deben conducir corrientes alguna ". Con la finalidad de que las variaciones de potencial de masas sean pequeñas, cuando se tiene una corriente de falla accidental por la puesta a tierra, se trata siempre de hacer tomas de tierra con resistencias lo más bajas posibles. 1.6. TOMAS DE TIERRA ACOPLADAS Dos tomas de tierra muy cercanas no son eléctricamente distintas : la corriente de falla que circula por una , lleva a la otra a un potencial diferente al que tenía anteriormente con respecto a la masa terrestre. Se puede establecer un esquema equivalente de 2 tomas cercanas midiendo sucesivamente la resistencia de la toma A, de la toma B y aquella de A y B acopladas.
Esquema equivalente de 2 puesas a tierra acopladas
Los tres valores obtenidos corresponden a : [ ra + Rc ]
[ rb + Rc ]
( ra · rb ) ( ra + rb )
La existencia de la resistencia de acoplo Rc explica ciertas anomalías como oscilaciones, chasquidos y ruidos que suceden en los edificios donde se han hecho diversas puestas a tierra en épocas diferentes, sin estar conectadas entre ellas. 1.7. TOMAS DE TIERRAS CON METALES DIFERENTES Es necesario evitar en una misma instalaci ón eléctrica electrodos a tierra con metales diferentes.
Los valores de potenciales electrolíticos de los metales utilizados como electrodos de tierra; el potencial de referencia cero es el hidrógeno.
METALES ELECTRODOS
POTENCIALES ELECTROLITICOS
-1,28V
-0,77V
-0,43V
+0,33V
Si, para lograr ciertas condiciones de conductividad, se entierra un electrodo de cobre y un electrodo de fierro, se esta haciendo una pila de 0,76V. Si estos electrodos se unen por un conductor exterior se da lugar a una corriente, el electrodo de fierro es atacado y se descompone y corroe en un cierto tiempo. En un centro de Telecomunicaciones que tenga 2 puestas a tierra de metales diferentes, las masas metálicas conectadas a cada una de estas tomas están generalmente conectadas entre si , se tiene una conducción metálica, hay entonces una circulación de una corriente y la puesta a tierra que tiene el potencial electrolítico más bajo es atacada y corroída. En el caso particular donde los cables tienen cubierta de plomo y llegan a un edificio es necesario unir esta cubierta a la tierra local para evitar la introducción de tensiones extrañas al sistema. Esto ha llevado para lograr suprimir la corrosión de las cubiertas de plomo de los cables de
sino que con cobre recubierto de plomo.
FORMULAS RESISTENCIA A TIERRA Los tipos de tomas de tierra más utilizados son : Estaca Vertical (maciza o hueca) Cinturón Circular enterrado o malla Plancha enterrada
Puede no ser tan interesante calcular la resistencia exacta de una toma de tierra dada por la imprecisión sobre la resistividad del suelo, pero sí ver como varía esta resistencia en función de los parámetros que la caracterizan. 1. ESTACA VERTICAL Según RUDENBERG
R : Resistencia de la toma de tierra en ohms : Resistividad del suelo en ohms x mt
L : Largo de la estaca en el suelo en mt a : Radio de la estaca en mt
Estaca vertical
En terrenos homogéneos, en el caso de una estaca común (a : 0,015 mt ) se puede ver que para L > Im se tiene aproximadamente R •L = cte En terrenos heterogéneos, la utilización de una estaca de gran longitud solo se justifica si el subsuelo tiene una resistividad menor que la capa superficial. 2. CINTURON CIRCULAR ENTERRADO La resistencia de un cinturón circular enterrado es aproximadamente :
r : radio del cinturón (mt) d : diámetro del conductor, (mt) h : profundidad de enterrado (mt)
Cinturón circular enterrado
Para valores suficientemente grandes de la relación r/d y r/h, el producto R·r permanece practicamente constante si se modifica d y h entre limites bastante grandes.
Resistencia de tierra de un cinturón medida durante su instalación
La curva de la figura, muestra la resistencia de tierra medida en el transcurso de la instalación de un cinturón en una zanja circular de 0,30mt de profundidad, en terreno homogéneo. Esto permitió de estimar la resistencia de una toma de tierra en forma de arco de círculo. Se puede notar a propósito que la resistencia de un conductor enterrado de longitud L dada, aumenta en alrededor de un 10%, si el trayecto de la zanja es circular en vez de rectilínea.
1.9. PRINCIPIO DE LA TIERRA UNICA El principio de la tierra única consiste en : Unir entre ellas las diferentes puestas a tierra de una instalación eléctrica determinada, aún en el caso en que estuvieran constituidas por electrodos de metales diferentes.
Luego de un falla , la corriente de falla correspondiente, circula por una resistencia de tierra que es ahora, común a las carcazas de todos los equipos. Los potenciales de todas las carcazas de los equipos se elevan simultáneamente con respecto a tierra y no existen diferencias de potencial peligrosas entre las carcazas metálicas de los equipos para el personal o el material eléctrico sensible como principalmente tarjetas electrónicas de comunicación y/o datos de equipos ESS.
Necesidad de una tierra única
Ejemplo : La parte izquierda de la figura nos muestra una torre de telecomunicaciones o datos computacionales ( torre celulares, etc ) asociada a una puesta a tierra tipo barra vertical de resistencia Rp. Un edificio cercano posee una red de equipos computacionales o telecomunicaciones E unido, por una parte a puesta a tierra del edificio y por otra, a la cubierta metálica del cable coaxial que va a la torre de telecomunicaciones y datos. Entonces, una descarga atmosférica de intensidad de cresta
Ic hace aparecer una tensión Rp • Ic
entre los 2 puntos de E.
Las posibilidades de arco eléctrico ( falta de equipotencialidad ) en E se eliminan si se interconectan las 2 puestas a tierra Rb y Rp a través de tomas de tierra, estableciéndose una buena equipotencialidad en la instalación del sistema computacional o telecomunicaciones.
Esta conexión debe hacerse con un conductor de una sección más grande que cada una de las puestas a tierra que garantice una baja Z. 1.10. PRINCIPIO DE LA DISTRIBUCION EN ESTRELLA Los conductores de tierra deben tener secciones tales, que las corrientes de fallas que ellos desvían o conducen no puedan alterar sus características eléctricas, mecánicas y que la elevación de potencial en las uniones no sea superior a 24V. establecido en Norma NCH4-2003. Contacto indirecto zona húmeda. Por cierto, se trata de obtener siempre resistencias de puesta a tierra lo más bajas posibles, del orden de 1 a 3 ohms.
La distribución de la puesta a tierra se debe realizar en "estrella" a fin de ir reduciendo la impedancia hacia el electrodo de tierra. Cada instalación de tierra constituye una "estrella" en la cual el centro coincide con el centro geográfico de los equipos a poner a tierra . La distribución en estrella disminuye el número de circuitos que pueden llevar corrientes de fugas o de fallas y las tensiones desarrolladas por estas corrientes en las diferentes partes de un circuito de distribución de tierra no modifican más que los potenciales de masas , de los
La referencia de potencial es aquella del suelo o tierra local (barra colectora) o aquella de la masa terrestre si la toma de tierra tiene una resistencia R muy pequeña. Es necesario poner atención en la "independencia" de cada uno de los diferentes c ircuitos de distribución de tierra de una instalación. Una conexión fortuita entre los circuitos de “ tierra lógica “ y de "tierra BT" constituirá, luego de una falla de un circuito de alumbrado de la instalación eléctrica, por ejemplo variaciones a 50HZ del potencial de las carcazas de los equipos de computación unido a tierra lógica. ( posibilidad de vibraciones en imágenes en pantallas PC por inducción electromagnética, etc ) Por principio se debe utilizar cables aislados para la distribución de éstas tierras .
1.11. PUESTAS A TIERRA DE LOS EQUIPOS EN LOS EDIFICIOS DE TELECOMUNICACIÓN Según la importancia del edificio (ver figura) se encuentra en cada uno, ya sea una placa de conexión conectada a la puesta a tierra o varias placas conectadas al electrodo enterrado : en este último caso el número, de placas es determinado por el tamaño del edificio y el número de equipos de tipos diferentes que constituyen la concentración de equipos de telecomunicaciones.
Las conexiones a las diferentes placas unidas a la puesta a tierra se pueden dividir en 2 grupos.
Puesta a tierra de carcazas comunes a todos los edificios.
La puesta a tierra de carcazas particulares de equipos de telecomunicaciones . 1.12. CARCAZAS COMUNES Y PARTICULARES 1. Carcazas comunes Estas son las carcazas metálicas que deben ser conectadas a tierra para asegurar la protección del usuario, aplicando Norma nacionales que conciernen a la distribución de energía eléctrica, el funcionamiento de los dispositivos de seguridad como disyuntores, interruptores diferenciales y la protección contra descargas atmosféricas. El punto común será entonces la estrellas de distribución de tierra del poste de transformación MT/BT , de la distribución BT (luz y fuerza), los grupos de electrógenos, las estructuras metálicas del edificio y según el caso, los pararrayos. Los centros de estas estrellas son las placas de unión conectadas a la puesta a tierra. 2. Carcazas particulares Para fijar estos equipos al potencial de referencia es necesario unirlos al punto común de tierra por conductores que normalmente no llevan corriente. El punto común de tierra, es " la barra de carcaza " de la estación de energía. Las diferentes masas de los equipos son conectadas a esta barra, en particular los de transmisión. En lo que sigue , se darán las reglas generales que se aplican a los casos más frecuentemente encontrados. Para
un conjunto de equipos dados la " barra de masa o carcaza" conectada directamente a
una placa de conexión de la puesta a tierra es el punto común de todos los conductores de puesta a tierra de las carcazas, ya que la "barra de cero" neutro es aquella de todos los "conductores activos" que deben ponerse al potencial de tierra. Normalmente, el conductor C conecta a la "barra de cero" a la "barra de masa" y polariza así todos los circuitos de distribución CC. La puesta a tierra de las carcazas de los equipos debe hacerse en paralelo y no en serie .
La figura en su parte superior muestra esta regla técnica sobre los chasis dispuestos en fila, donde los bordes pintados (oxidados) se juntan por unión mecánica la continuidad eléctrica obtenida entre chasis es dudosa.
Es también, incorrecto reemplazar el conductor de protección por el conjunto de chasis en serie.
Uniendo cada chasis al conductor de protección se realiza la puesta a tierra correcta.
Los conductores de protección de los diferentes bastidores de una sala de equipos de de transmisión de datos constituyen los brazos de una estrella de distribución de tierra, todos conectados a un solo conductor el cual está a su vez unido a la barra de masa o carcaza.
Cables de Telecomunicación
Los cables de telecomunicación con cubiertas metálicas deben ser conectados a tierra luego de su llegada al edificio para evitar introducir tensiones indeseables. Estos cables son conectados a la barra de masa de los equipos con los cuales están asociados o directamente a la puesta a tierra. Generalmente algunos de estos cables llevan corrientes de retorno y es necesario unirlos ya sea a la "barra de cero" .
Las masas de los gabinetes metálicos que contienen computadores o equipos EES se conectan a la "barra de masa" de la estación de energía que alimenta los computadores o la placa BT del edificio. Las masas lógicas se deben conectar a una placa de unión de tierra lógica por cables individuales a cada computador. Las conexiones deben tener, en lo posible una longitud inferior a 50 mts, una reactancia X muy pequeña y una sección mínima de 40 mm 2 . En todos los casos, las masas lógicas deben conectarse directamente a una placa unida a la toma de tierra.
Mantención preventiva Es necesario hacer un control periódico del estado de las instalaciones de la puesta a tierra, es decir, del sistema de electrodos de tierra.
En lo que respecta al sistema de distribución de tierra es necesario verificar las conexiones (termofusión, apernados remaches y oxidación) y de asegurarse de la independencia de los circuitos de distribución "en estrella". Las comúnmente llamadas "tierras ruidosas" se deben a mezclas o contactos entre los circuitos de distribución. Para el sistema de electrodos de tierra, solamente la medida de resistencia de tierra permite una baja probabilidad de fallas. Se recomienda una verificación y medición anual o cada 2 años como máximo.
2.1. FENOMENOS ELECTRICOS Y LIMITES NORMATIVOS En la actualidad existe en nuestro medio, la problemática ( Fallas en IE BT ) del uso de protectores diferenciales en circuitos de alimentación a cargas con características no lineales, por que se ha detectado que estos presentan el problema del disparo intempestivo. Esta operación que evidentemente no es para nada deseada por los usuarios de las redes informáticas, muchas veces se la atribuye solo a los armónicos que generan estos equipos, desconociendo que existen otros fenómenos eléctricos en la red que también provocan ésta problemática.
Considere lo siguiente: Desde el punto de vista del protector diferencial, el efecto del armónico solo debemos analizarlo en función de la frecuencia u orden armónico que este tenga y no de su secuencia, debido a que esta última no se relaciona con el disparo diferencial. La frecuencia de la señal armónica produce en los diferenciales Clase AC y Clase A, un aumento en su umbral de desenclavamiento , debido al también aumento de las pérdidas en el núcleo toroidal y de la impedancia de la bobina de detección. La siguiente gráfica muestra esta situación en un diferencial Clase AC bipolar de 30 mA.
Los computadores y cargas similares del tipo monofásico, normalmente generan
armónico y múltiplos impar de éste ( 9, 15, 21 , secuencia cero ). Analizando, estos armónicos aumentan levemente el punto de desenclavamiento diferencial, pero el umbral de disparo se sigue manteniendo y por consiguiente también su acción protectora .
Según la información anterior podemos concluir, que los armónicos NO producen el disparo intempestivo de la protección diferencial , sino que podrían provocar, solo en el caso de altas frecuencias (kHz) el EFECTO DE CEGADO. Su umbral de sensibilidad aumenta. Es decir un diferencial de 30ma , operaria a 50ma, por ejemplo.
La Corriente de Fuga Permanente y el Transitorio de Encendido Las cargas no-lineales como los computadores, impresoras, equipos de telecomunicaciones etc., producen corrientes de fuga a tierra permanente a 50HZ , esto se debe a que para estar en conformidad con las Directivas Europeas de Compatibilidad Electromagnética, los fabricantes los han equipado con filtros antiparásitos. La NORMA EUROPEA EN-60950 autoriza valores de corriente de fuga a tierra para los equipos de automatización de oficina y computacionales de 3,5 mA en la mayoría de los casos. Mediciones reales efectuadas por la UTE (organismo francés de normalización), han arrojado los siguientes valores de corrientes de fuga en 230V
Actualmente en Chile, se trabaja con un valor típico de 1,5 mA de corriente de FUGA PERMANENTE por computador, valor que según la tabla anterior resulta ser bastante aceptable. Otro parámetro que es importante analizar, es la CORRIENTE TRANSITORIA o PUNTA DE ENCENDIDO que se origina en el momento del encendido del equipo. Al encender un computador la corriente de partida, o también llamada corriente en frío, puede alcanzar en promedio las 6 veces la corriente nominal del equipo. Como la corriente de fuga permanente en alguna medida se relaciona con la corriente de encendido, podemos asumir con un margen de error aceptable, que en el momento de arranque del computador, Por tanto, la corriente de fuga permanente presenta un valor peak también del orden de las 6 veces la corriente normal a tierra de protección. Si la corriente de fuga permanente del circuito en donde se encuentra instalado un diferencial tradicional, es aproximadamente igual a la corriente de no funcionamiento del dispositivo, toda leve punta de corriente o punto máximo de consumo (encendido de uno o varios computadores del mismo circuito), puede provocar el disparo intempestivo del diferencial. Una forma muy clásica de resolver el problema es dividir los circuitos de alimentación (más circuitos con menos cargas por cada uno), y por consiguiente, fraccionar la corriente de fuga permanente en el conductor de tierra ; con esto, se evita que las corrientes de fuga soportadas por cada diferencial tradicional (Clase AC), lleguen a un nivel crítico susceptibles de someterlo a activaciones intempestivas. Esta solución resulta evidentemente antieconómica, debido generalmente a la gran cantidad de computadores que es posible de existir en las instalaciones actuales, además, que no ofrece un 100% de seguridad de que no operen los diferenciales tradicionales, si la propia instalación presenta fuertes sobrecorrientes transitorias. Los Diferenciales con Alto Poder de Inmunización HPI Si bien en cierto la tecnología en la construcción de los diferenciales ha mostrado un notable aumento, lamentablemente estas mejoras (sobre todo en circuitos de alimentación a cargas
computacionales), en ocasiones no son suficientes en la eliminación de los cegados y disparos intempestivos. El cegado tiene un efecto directo en la protección del usuario , debido a que este queda desprotegido frente a defectos de aislación por la no operación del diferencial ( no disparo en presencia de falla ). En cambio el disparo intempestivo (operación sin presencia de falla), sacrifica la continuidad del servicio, la que evidentemente es una de las premisas principales a cumplir dentro del diseño de los sistemas de protección. Por lo anterior, y en su constante preocupación de asegurar el más alto nivel de seguridad y calidad se ha introducido al mercado nacional su gama de : Protecciones con ALTO PODER DE INMUNIDAD ( Protectores HPI ) los que aseguran la integridad del usuario como la continuidad del servicio. La tecnología de los diferenciales HPI, está basada en el mismo principio de funcionamiento que la tecnología estándar y está especialmente diseñada para resistir las perturbaciones cada vez más frecuentes, debido a las diferentes etapas que debe sortear la corriente de fuga para poder lograr el disparo de la protección diferencial.
Ahora bien, si la corriente de fuga transitoria es suficiente para activar por sí solo el diferencial (por ejemplo 25 mA), entonces solo existe una solución: utilizar un diferencial Hpi.
Finalmente, si las corrientes de fuga permanentes son suficientes por sí solas para activar el diferencial (por ejemplo 20 mA), entonces hay que dividir los circuitos y utilizar el Hpi, con el fin de evitar las activaciones intempestivas debidas a los fenómenos transitorios.
EJEMPLO: OPERACIÓN HPI EN CIRCUITO DE COMPUTACION
2.2. CASO 1 : RED DE COMPUTACIÓN SIN DIFERENCIALES HPI
EXISTE PELIGRO DE DISPARO INTEMPESTIVO
2.3. CASO 2 : RED DE COMPUTACIÓN USANDO DIFERENCIALES HPI
NO EXISTE PELIGRO DE DISPARO INTEMPESTIVO DEBIDO A LA TEMPORIZACIÓN
DEL HPI
NO EXISTE PELIGRO DE DISPARO INTEMPESTIVO DEBIDO A LA TEMPORIZACION DEL HPI
2.4. ATERRIZAJE DE PROTECCION CONTRA CARGAS ESTATICAS y RAYOS Aterrizaje de cargas estáticas La acumulación de cargas estáticas en el equipo o materiales que se están procesando y sobre el personal de operación produce un potencial serio en los lugares en los que se encuentran líquidos o gases inflamables, fibras o desperdicios. El principal objetivo del control de las cargas estáticas es la protección de la vida humana. El peligro a la vida no es sólo por los incendios o explosiones, sino también, por los choques eléctricos. La electricidad estática se genera cuando se generan los electrones, al poner en contacto dos materiales diferentes y luego separarlos. Lo que ocurre es que los electrones de un material atraviesan la barrera de separación y los protones, en igual número, permanecen en el cuerpo. Cuando los cuerpos se separan, los electrones producen cargas estáticas sobre los objetos separados, que se manifiestan como un incremento en el potencial eléctrico entre las dos superficies. La generación de electricidad estática no se puede prevenir, pero se puede mitigar y controlar dando medios para juntar las cargas que se separan, tan rápidamente como se producen y antes de alcanzar los niveles de chispeo. Los métodos que se usan son: Aterrizaje y conexión. Muchos problemas de estática se pueden resolver uniendo las diferentes partes del equipo y aterrizando el sistema completo. La unión entre dos o más objetos conductores reduce la diferencia de potencial entre los objetos conductores para prevenir la chispa entre los dos cuerpos. Control de humedad. Muchos materiales aislantes como: cuero, madera, papel o concreto, contienen cierta cantidad de humedad en equilibrio con el aire que les rodea. Esta humedad o humedad relativa controla la conductividad de la superficie de estos materiales aislantes. A mayor humedad, mayos conductividad. Cuando la humedad relativa es de 30% o menos, los mismos materiales se secan y se convierten en buenos aisladores; se comienzan a notar las manifestaciones estáticas y se pueden generar chispas estáticas. Sin embargo, se cree que cuando la humedad relativa se mantiene entre el 60% – 70% a temperatura interior ordinaria, las acumulaciones estáticas no alcanzan proporciones peligrosas. Ionización. En el proceso de ionización, las moléculas de aire están sobre-tensionadas, los electrones se separan de sus moléculas. Los electrones son negativos y las moléculas quedan con cargas positivas. Cuando un cuerpo cargado se pone en contacto con aire ionizado, la carga estática se disipa. La carga se lleva a tierra, a través del aire ionizado, o bien, el cuerpo cargado atrae suficientes iones cargados positiva o negativamente, desde el aire, hasta que se neutraliza.
Pisos conductivos. Cuando se tienen condiciones extremadamente peligrosas, como en la fabricación de explosivos o con vapores inflamables enriquecidos con oxígeno o mezclas de gases susceptibles de ignición estática, se deben colocar pisos conductivos o cubiertas conductivas para prevenir la acumulación de carga estática, aterrizando al personal y a los objetos conductivos, porque el cuerpo humano puede acumular carga estática peligrosa en ambientes secos. Calzado y rodos conductivos. Se usan en combinación con el piso conductivo. El equipo móvil debe tomar contacto directamente con el piso o a través de los rodos conductivos de hule. Se debe verificar su resistencia siempre, antes de entrar a las áreas de trabajo. Precauciones especiales. Además de los pisos y calzado conductivos, se pueden considerar otros controles como: usar ropa que produzcan estática baja, establecer procedimientos rígidos de operación, uso de tapetes conductivos de hule en lugares donde no hay piso conductivo. Aterrizaje para protección contra rayos. El rayo es la descarga de celdas de potencial alto (generalmente negativas), entre nubes y la tierra. Estas celdas cargadas en las nubes atraen cargas opuestas sobre la superficie de la tierra, directamente debajo de ellas. Cuando la carga de la celda alcanza un nivel crítico (cuando se rompe el aislamiento entre la nube y la tierra), se establece una trayectoria ionizada escalonada, frecuentemente a tierra, produciendo una corriente elevada de descarga (de golpe), que neutraliza momentáneamente las cargas de las nubes y tierra. La corriente aumenta desde cero hasta un máximo, en un tiempo de 1 a 10 microsegundos, luego declina a la mitad del valor pico en un tiempo de 20 a 1,000 microsegundos. Esta descarga se puede repetir una o varias veces, sobre la misma trayectoria, en sucesión rápida, como resultado de la recarga de la celda original, debido a descargas internas que proceden de celdas vecinas. El promedio de la corriente pico de golpe es cerca de 20,000 amperios, aunque en algunos casos se han detectado corrientes de hasta 270,000 amperios. El punto en que se producen las descargas, generalmente es un punto elevado, como: un árbol, un edificio, una línea de transmisión y sus torres o alguna estructura elevada similar. El retorno a tierra de esas cargas se conoce como descargas inducidas y puede alcanzar varios cientos de amperios, puede dañar algunos materiales sensibles, como los inflamables o explosivos. Es necesario atender un grupo de factores para definir si se necesita protección contra descargas eléctricas, estos son:
Peligros al personal Posibles pérdidas de producción, incluyendo pérdidas indirectas y secundarias Posibles daños y costos de reparación Efecto de los castigos de las compañías aseguradoras Valor y naturaleza de la estructura y sus partes Frecuencia de los truenos y los rayos (mapa isoceráunico) Número y severidad de los rayos por tormenta, en promedio Costo de la protección
El orden de estos factores está, aproximadamente, en el orden de importancia, aunque en algunos casos este orden puede cambiar. ¿Cómo y por qué se producen rayos? Cuando llueve sobre la superficie terrestre, se produce evaporación natural (causada por el fenómeno de la convección), llevando hacia arriba gotas de agua, es decir, H2O. Mientras tanto, a una altura de 2,5 a 3 kilómetros donde la temperatura es de 15 a 20 grados centígrados bajo cero, se producen partículas de hielo que caen por gravedad y que chocan con las gotas de agua que suben por la evaporación. Estas fricciones y colisiones producen separación de cargas eléctricas (disociación), y se genera un campo eléctrico, es decir, fuerzas que se ejercen entre cargas, hasta que llega el momento en que se dan transferencias de cargas, conocidas como rayos. Se puede definir el rayo como una transferencia de carga entre la nube y la tierra y entre la tierra y la nube, que también se puede dar dentro de una nube, o entre nubes, o de la nube hacia la ionosfera, fenómeno este último descubierto hace menos de diez años por la NASA. Esto quiere decir que al mismo tiempo que un rayo comienza a bajar, hay otro rayo que comienza a subir desde la nube, el cual es conocido como "chorro azul" por su color. Se calcula que estos rayos suben de 80 a 90 kilómetros, con un diámetro superior a 10 kilómetros, y cuando están arriba, se dispersan como una fuente, tomando el color rojo, por lo que se conocen con el nombre de "dispersión roja". Lo que hoy se conoce científicamente como rayo nube-tierra tierra-nube se debe a que cuando el rayo que baja de la nube está muy cerca de llegar a la tierra (a unos cien metros), se produce un rayo de la tierra hacia la nube, tal como sucede al frotar una peinilla y acercarla a unos pedazos de papel que suben hacia la peinilla antes de que ésta llegue a ellos. Los investigadores advierten que una persona puede producir rayos hacia arriba si está muy cerca de un rayo que baja. En el encuentro entre el rayo que baja hacia la tierra y el que sube desde la tierra se produce un choque térmico, causado por un fenómeno de plasma, es decir, una alta temperatura (que puede llegar a 30.000 grados centígrados) durante la cual se ioniza complemente el aire.
Además de los rayos nube-tierra y tierra-nube, cuando el rayo comienza a bajar de la nube hacia la tierra, simultáneamente otro rayo sube de la nube hacia la ionosfera (chorro azul y luego dispersión roja), lo que muestra qué pocos sabemos de los rayos, ya que simplemente observamos un relámpago y escuchamos un trueno, y creemos que sólo eso sucede. Hoy el rayo, dada su complejidad, se puede medir con 20 parámetros aproximadamente. Algunos de estos parámetros son: número de días tormentosos año, densidad de rayos a tierra, magnitud de la corriente, forma de onda, polaridad, multiplicidad, corriente de retorno, impedancia del canal, y otros. Reglas de seguridad en caso de tormentas eléctricas. Los rayos matan anualmente en Estados Unidos a aproximadamente unas mil personas y lastiman a miles de personas más. El hecho de conocer los procedimientos a seguir en caso de tormenta eléctrica puede salvar vidas. Los rayos tienden a seguir la ruta de menor resistencia hacia tierra y con frecuencia esta trayectoria se encuentra en objetos altos o metálicos. En determinados casos un objeto "alto" podría ser un edificio, una torre, una casa o un niño sentado en una cancha de fútbol. Así que se previene: "Los rayos pueden golpear, y de hecho lo harán, a cualquier objeto que se encuentre en su trayectoria". Se deben tomar algunas precauciones durante las tormentas eléctricas ya sea que se encuentra a la intemperie o no. El Instituto de Protección Contra Rayos (The Lightning Protection Institute) sugiere seguir una serie de procedimientos básicos para asegurar la máxima protección de las personas.   
Bajo techo. Manténgase alejado de las ventanas, puertas y aparatos eléctricos Desconecte siempre los aparatos eléctricos antes de una tormenta eléctrica. Nunca lo haga durante Evite el contacto con tuberías de agua incluyendo drenajes, regaderas y grifos No utilice el teléfono, excepto en emergencias A la intemperie. Refúgiese dentro de un auto con capota Nunca utilice un árbol como refugio Evite áreas elevadas Manténgase alejado de objetos metálicos incluyendo bicicletas, maquinarias o cercas . Evite permanecer cerca de objetos altos. Aléjese inmediatamente de piscinas, lagos o cualquier otro cuerpo que contenga agua. Sepárese de las aglomeraciones de personas
Si llega a sentir alguna sensación de electricidad o se le paran los cabellos, es bastante probable que un rayo esté a punto de caer. Agáchese con los pies juntos inmediatamente y tápese los oídos. Nunca se acueste o ponga las manos en el suelo} Las personas que sufran una descarga eléctrica deben recibir respiración cardio – bascular, y buscar atención médica. Punto Común De Aterrizaje Al elaborar diferentes sistemas independientes de toma de tierra, se forma una resistencia interna entre los diferentes sistemas, durante una falla a tierra del sistema de potencia o, en el peor de los casos, durante una descarga atmosférica se registran corrientes de gran intensidad en las vecindades del polo de puesta a tierra. A estas corrientes se les denomina corrientes extraviadas (Stray Currents).
Corrientes Extraviadas
Al encontrarse presentes las diferentes resistencias de los sistemas de puesta a tierra se crean diferencias de voltaje llegando a ser, muchas veces, superior al voltaje de alimentación, repercutiendo así en la destrucción de los equipos sensibles electrónicos. Para evitar esta situación, se sugiere, unir todos los puntos de todos los sistemas aterrizados formando un solo punto (o rama) de aterrizaje (single point to ground), teniendo en cuenta el evitar curvaturas cerradas en el cable de aterrizaje del sistema del pararrayos.
Single Point to Ground. Ra=Rb=Rc=Rd=0
Prácticas de protección directa Fundamentalmente, la protección directa contra rayos (sistemas de protección contra rayos) consiste en terminales de aire o elementos desviadores que se colocan en la parte superior de la estructura que se quiere proteger y conectados a conductores de bajada adecuados, hasta unos electrodos de aterrizaje (al planeta). El principio fundamental es que los conductores de bajada no deben tener partes con resistencia o reactancia elevadas y deben ofrecer la impedancia más baja posible a tierra. No debe tener curvas pronunciadas o lazos para prevenir la reactancia del conductor. La estructura metálica se debe aterrizar para evitar la posibilidad de perforación que puede producir el golpe de la descarga. Los terminales de aire que se agregan a las estructuras son barras sólidas puntiagudas o tubos de, por lo menos, 10 pulgadas (0.25 m) de longitud hasta unos 20 pies (6.1 m). Cuando las estructuras se interponen entre tierra y las celdas, estas igualmente son cargadas. Estas estructuras reducen una porción del espacio de aire, y pueden detonar un rayo porque la estructura reduce una porción significante del espacio intermedio. La neutralización de la carga (la "descarga") es causada por el flujo de electrones de un cuerpo a otro hasta que no haya diferencia de potencial entre los dos cuerpos. El efecto sería similar al que obtenemos al unir las dos terminales de una batería.
Neutralización de la carga (descarga)
Sistemas De Prevención Sistemas de Arreglo de Disipación El relámpago es el proceso de neutralización del potencial entre la nube base y la tierra. Algún sistema de prevención de la descarga, podría facilitar ese proceso en una forma lenta y permanente. El sistema de arreglo de disipación ha sido diseñado para prevenir las descargas de los rayos para proteger, tanto un área determinada como para protegerse él mismo. El componente principal del arreglo es el ionizador y el electrodo químico de aterrizaje
Sistema de Arreglo de Disipación
Para prevenir la descarga en un área dada, el sistema debe ser capaz de reducir el potencial entre el sitio y la nube celda, así este potencial no sería lo suficientemente alto como para provocar una descarga dentro del área. Es decir, el sistema debe drenar las cargas inducidas a niveles en los cuales la descarga no se realizará. Supresores de fuentes de voltajes transitorios Las anomalías en el voltaje de las líneas de alimentación son la causa más grande de destrucción de equipo electrónico día a día. Estas anomalías pueden ser prevenidas o di sminuidas en la subestación eléctrica, en las líneas de distribución, a la entrada de las instalaciones o en las líneas internas de alimentación. Un sistema de protección debe prevenir tanto perdidas instantáneas como fallas catastróficas, y proteger la confiabilidad del sistema.
3.1. DEFINICIONES DE EQUIPOS EQUIPOS SENSIBLES     
Computadores y Servidores Informáticos Equipos de Telecomunicaciones Telecomunicaciones Tarjetas PLC Sistemas de control Audio y video
Para una operación eficiente los debemos aislar del ruido, ruido , de las instalaciones donde residen y de las mallas de tierra de los equipos de potencia. Aislar las tierras puede ser una buena solución pero no siempre es aceptado.
Históricamente computadores y otros equipos electrónicos sensibles (EES), han requerido de sus fabricantes de un “sistema de tierra aislado”, separado del sistema de tierra de potencia , para aislar estos equipos del “ruido del sistema de tierra” de los equipos eléctricos de potencia. Lo cierto es que el sistema de tierra de potencia es ruidoso; efectos capacitivos, corrientes de fugas con contenido armónicos abundan en él.
En todo sistema eléctrico-electrónico en la actualidad como telecomunicaciones, informática, control de procesos, microprocesadores, robótica, etc. operan a voltajes muy bajos y en altas frecuencias, una pequeña diferencia de potencial entre sus partes o componentes puede causar serios problemas. Se recomienda en toda instalación eléctrica en donde se conectarán equipos EES, la diferencia de potencial entre neutro y tierra protección, sea no superior a 2 V . Valores mayores es un claro indicador de sobrecarga en el conductor neutro debido a corrientes Triplens generados por equipos no lineal en la red eléctrica. Se recomienda para solucionar el problema antes indicado, revisar la Norma NCH4-2003 que sugiere duplicar la sección de neutro respecto a la fase. La corriente en el neutro debido a los armónicos triplens puede llegar a ser fase y la distorsión alcanzar un 60% aproximadamente.
veces la I
3.2. ATERRIZAJE DE EQUIPOS ELECTRONICOS SENSIBLES El aterrizaje del equipo electrónico sensible, tales como computadoras, controladores lógicos programables, plantas de proceso, sistemas de control distribuido y equipo electrónico similar es uno de los aspectos más importantes para lograr una operación aceptable y útil. Se ha aprendido mucho, no en como prevenir estas fuentes de interferencias, sino que en prevenir que entren en los sistemas de los equipos electrónicos sensibles. Con los medios disponibles en la actualidad, se puede eliminar el funcionamiento anormal y peligro de los voltajes transferidos a tierra. Definiciones Computadora. Se refiere, en sentido genérico, a todos los equipos electrónicos sensibles Electrodo. Al contrario de la noción popular, la sección 250-81 del NEC establece la disposición de los elementos siguientes, se deben usar en ese orden y luego se deben unir entre ellos. Tubería metálica subterránea de agua Estructura metálica del edificio, que esté aterrizada efectivamente Electrodo empotrado en concreto Anillo de aterrizaje La sección 250-83 establece que si la lista anterior no es accesible, entonces, y sólo entonces, se puede usar cualquiera de los siguientes : Otros sistemas o estructuras subterráneas metálicas locales    
Electrodos de varillas o tubos Electrodos de placa Neutro. El punto donde el potencial es igual, en amplitud, desde cualquier otro conductor. El término neutro también se refiere al "conductor identificado" del NEC. Tierra Ruidosa. Una tierra ruidosa es una conexión eléctrica a un punto de tierra que produce o inyecta voltajes espurios en el sistema del computador a través de la conexión a tierra.  
Tierra Quieta. Este término se usa en muchas instalaciones de computadoras y manuales de instrucción, artículos y otros documentos. El IEEE Std 100-1998 (ANSI) define "tierra quieta" en
términos de instalaciones de cuidados de salud. Es un "sistema de conductores de aterrizaje, aislados de las partes de aterrizaje convencional de los sistemas de potencia, que interconectan los puntos de tierra de los aparatos eléctricos con el propósito de dar inmunidad al ruido electromagnético". Referencia Cero. Generalmente se entiende que es tierra (masa) o el planeta Tierra. Desgraciadamente, tierra puede estar a potencial distinto de cero. El NEC reconoce que los equipos sensibles, tales como: cajas registradoras, computadores, impresoras, etc. se pueden afectar adversamente con las corrientes que fluyen en los conductores comunes de aterrizaje de los equipos, como conduit, conductor o barra verde, aceros de edificios, etc. Para reducir tales problemas, el NEC en la sección 250-74, excepción No. 4, permite que se lleve un conductor de aterrizaje aislado del receptáculo hasta el punto de aterrizaje del servicio de potencia eléctrica o al terminal aterrizado del sistema derivado separado para servicios de los receptáculos, este conductor se debe llevar en el ducto, canaleta o conduit, con los conductores que sirven la carga del receptáculo.
Figura 11. Instalación ideal según NEC sección 250-74, excepción 4
Generalmente es un conductor verde con una banda amarilla. Este conductor no se debe conectar en cualquier barra de aterrizaje o punto común entre la carga del receptáculo y el lugar de aterrizaje básico. Recordemos que una puesta tierra tiene como propósito : Proveer un camino adecuado de retorno al sistema de suministro eléctrico, de baja impedancia para la operación de los equipos, así como un medio para establecer la corriente de falla para las protecciones y desconexión de la alimentación o suministro eléctrico. Limitar el voltaje de contacto indirecto ( tierra de protección ) entre equipos y equipos con tierra, para evitar riesgos de shock eléctrico. Véase Norma NCH4-2003 . 50V zona seca y 24V zona húmeda. Proveer una referencia a los equipos electrónicos por la eliminación de las diferencias de potencial entre diferentes componentes del sistema. Suministrar una protección contra perturbaciones electromagnéticas a los equipos electrónicos sensibles. Esto es el “apantallamiento” de los equipos, que opera como un escudo de
protección contra cualquier tipo de inducción electromagnética.
3.3. DEFINICIONES IMPORTANTES Y OPERACIÓN SISTEMA TIERRA AISLADA Sistemas Electrónicos Distribuidos, SED : Equipamiento de tipo computacional y telecomunicaciones (mainframe; microcomputadores; multi y simples controladores de lazo; Controladores Lógicos Programables (PLC); computadores personales; interfaces de entrada y salida; y periféricos), conectados vía redes de comunicación para la transmisión de datos. Comunicaciones punto a punto : Es la comunicación (o conexión) equipo a equipo. Esta también puede ser referida como de un dispositivo a dispositivo o conexión inter-subsistema. Plano de Tierra : Un electrodo, equipo, edificio, grupo de edificios, o áreas que tiene la misma resistividad. La resistencia de tierra no es constante y puede variar significativamente de una localidad a otra. Una área tiene dos o más resistencias de tierra. Tierra Lógica : Es el camino común de retorno (electrónica DC) encontrados en muchos sistemas computacionales. Topología : Es un termino usado para describir cuando una red es organizada, ordenada e interconectada. El mantener un nivel apropiado y seguro en la diferencia de potencial para el ser humano, no garantiza el nivel de ruido adecuado , para la generalidad de los equipos electrónicos (menor a 0,50 volt) entre equipos por lo que se requieren, análisis posteriores y específicos al caso en cuestión. La conexión a tierra de todos los equipos eléctricos - electrónicos es requerida tanto por seguridad como punto de referencia al sistema. Debe existir una perfecta equipotencialidad entre todos los equipos del sistema y sistema de tierra.
Por otro lado se debe decir que los problemas en la conexiones de los EES vienen principalmente de la conexión a varios puntos del sistema de puesta a tierra , incurriendo en lo que se comúnmente se conoce como “lazo de tierra ”. Evitar en un sistema computacional sea conectado a múltiples puntos del sistema ruidoso , lo cual provee otros caminos para voltajes de ruido. Algunas de las corrientes circulantes en el sistema de puesta a tierra de potencia , fluyen a través del circuito de tierra del equipo computacional, introduciendo falsos voltajes en estos. Este trayecto, interfiere con el sistema de señales normales de los computadores causando errores de comunicación, transmisión y/o datos.
ESTRUCTURA DEL EDIFICIO cables de señal y de tierra (0.1
Aterrizar a la estructura del edificio U.C.
COMP 50 Amp. "corriente de fuga" Aterrizar a la estructura del edificio
5 V. 60 Hz U.C. = Unidad Computacional
OPERACIÓN DE SISTEMAS DE TIERRA AISLADA
ESTRUCTURA DEL EDIFICIO cables de señal y de tierra COMP
U.C. Aislados
COMP Electrodos de Tierra aislados
Puesta a tierra del edificio y de potencia
Con un sistema de electrodo de tierra aislado para computadores y equipos sensibless por ejemplo, pueden acontecer los siguientes problemas : El equipo computacional y unidades satelitales (U.C.) son conectadas juntas, aislados del sistema de tierra del edificio y el de potencia, para que estos ruidos no sean inyectados en los computadores. Pero si, algo ocurre que eleva la tensión de la tierra del edificio con respecto de la tierra del sistema computacional, altos voltajes son desarrollados entre el equipo computacional y la tierra del edificio. Esto puede ocurrir debido a un relámpago sobre el edificio o sobre las líneas de alimentación del edificio y/o caídas de rayos en las inmediaciones del edificio.
Este voltaje y la capacitancia entre el edificio y el equipo computacional “inducen” un apreciable voltaje sobre el sistema computacional y los equipos debido a la baja reactancia capacitiva, pudiendo ocasionar la destrucción de muchos de los transistores IGBT y diodos del sistema computacional, tarjetas de comunicación y/o red computacional.
Golpe de 10 kA al edificio
Capacitancia del edificio al computador COMP
1 10 KV.
En una eventual falla a tierra ( perdida de aislación fase-neutro) en el sistema de alimentación del equipo computacional, la relativamente alta resistencia del electrodo aislado de tierra puede ser lo suficientemente elevada ( Impedancia de falla ) para no provocar la operación de los dispositivos de protección disyuntor termo-magnético , y el voltaje del circuito permanezca entonces sobre el circuito de tierra del computador, provocando un riesgo a los usuarios y dispositivos de equipos computacionales.
SISTEMA DE TIERRA COMÚN (TSPG)
carga no inducida
Centro de nube cargada negativamente
Cuando unidades remotas (satelitales) son aterrizadas a un electrodo aislado de tierra en su localidad (lejos de la edificación principal), una diferencia de potencial puede desarrollarse entre estas unidades y los dispositivos semiconductores principales pudiendo provocar su destrucción. El uso de un repetidor llamado “módem”, es recomendable debido a que cuenta con un buen sistema de aislación. Una posible solución a estos problemas es lograda por la “puesta a tierra radial ”, en donde las conexiones de tierra interna de los distintos elementos del sistema computacional deben ser dirigidas (con alambre aislado de 600 V), a un punto dentro del ensamblaje y este punto debe ser conectado a la tierra del edificio . Siendo el punto preferible el punto del cual “deriva el sistema de alimentación ” o el secundario de la subestación particular en el punto neutro del sistema BT en estrella .
cables de señal modem
ESTRUCTURA DEL EDIFICIO COMP
COMP Único punto a tierra Tierra del Edificio
ESQUEMAS DE TIERRA EXISTENTES Existen 4 tipos de esquemas que son utilizados normalmente para la puesta a tierra de sistemas de equipos electrónicos distribuidos (SED’s), estas técnicas son :
Esquema Convencional . ( EC ) Esquema de Tierra de punto-único ( SPG )
Esquema Total de Tierra de punto-único ( TSPG ) Esquema de malla de referencia de señal ( MRS ) 3.4. ESQUEMA CONVENCIONAL ( EC ) Este esquema convencional utiliza la puesta a tierra que dispone el edificio , no incluyendo el uso de enchufes de tierra aislada (IG, ground isolated). El uso de la tierra convencional puede ser encontrada en SED utilizando computadores personales (PCs) y Controladores Lógicos Programables (PLC’s). Pero su uso no es recomendada para muchos SED debido a que : Puede resultar con un excesivo ruido sobre el sistema de tierra (un resultado típico es la formación de lazos de tierra). Pueden acentuar el nivel de resistencia de los SED cuando ocurre una sobretensión, típicamente como resultado de planos de tierra juntos.
Pueden no ser compatibles con los
esquemas de tierra recomendado por los vendedores de hardware (por ejemplo, más vendedores de PLC tienen especificados los esquemas de aterrizamiento del hardware ) Pueden no ser fáciles de modificar al compatibilizarlos con equipos que puedan requerir un esquema de aterrizamiento computacional. Pueden no ser aprobados por los técnicos de PC/PLC como satisfactorios si ocurren problemas (porque el aterrizamiento no esta instalado según las instrucciones del vendedor). Esta puesta a tierra puede llegar a ser inefectiva con la llegada de nuevas tecnologías computacionales más veloces y de equipos ampliados.
3.5. ESQUEMA DE TIERRA DE PUNTO UNICO ( SPG ) El esquema de tierra de punto único (SPG, single-point ground o tierra común) es la técnica más escogida entre fuentes, instrumentos y minicomputadores, SED y usuarios industriales El SPG provee una tierra relativamente libre de ruido para la tierra lógica de los SED. Esta es complementada con una tierra convencional para el sistema de tierra de seguridad (o equipos).
Panel de distribución A otras cargas c omputacionales
L1 x1
caja de enchufes
DES "aislados"
L2 alimentacion
F bus neutral
N aislado
bus silencioso
G bara de tierra
Las limitaciones de esta técnica son 2 : La puesta a tierra a una alta frecuencia puede llegar a ser una impedancia demasiado alta para servir como una buena conexión a tierra. El acoplamiento entre los SED lógicos comunes y su conexión pueden ser tales que los lazos de tierra sobre la conexión del SED se acoplan a la tierra lógica, resultando en ruido lógico con los problemas asociados.
3.6. ESQUEMA TOTAL DE TIERRA DE PUNTO UNICO ( TSPG ) El esquema TSPG es utilizado sobre los SED’s teniendo cerrado eléctricamente el acoplamiento
entre la tierra lógica y la del equipo (seguro para sistemas basados en minicomputadores). El TSPG elimina el problema del ruido acoplado desde la ruidosa tierra del equipo a el bus lógico. Esto es hecho por la puesta a tierra de punto-único de los equipos así como el sistema lógico El esquema total de tierra de punto-único es práctico en salas de computadores utilizando altas resistencias de suelo. Sin embargo, esta tiene sus limitaciones, tales como las siguientes
Panel de distribución A otras cargas computacionales
DES "No aislados"
N aislado F N G
tierra aislada
caja aislada
La instalación de este esquema en un ambiente industrial puede tener dificultades (la creación de una “sala” que asegure que los SED no tomarán contacto con una tierra ruidosa puede
ser imposible.
Todo equipo adyacente deberá seguir las instrucciones del TSPG para que el cambio de sitio de los equipos no resulte en la creación de lazos de tierra La solución a la impedancia de alta frecuencia que entrega el TSPG puede ser inefectivo 3.7. ESQUEMA MALLA DE SEÑAL DE REFERENCIA ( MRS ) La malla de señal de referencia (MRS) es el esquema preferido para muchos centros de procesamientos de datos. Existen ciertos factores que permiten el uso de este esquema, los cuales son : La topología del área del sistema computacional es grande.
Central de Potencia con circuito de corte y transformador aislado
R S T N 5
El área sobre el sistema equipo computacional es construido con un piso falso levantado del suelo y dispone de un enmallado continuo Los vendedores aprueban el uso de la MRS para sistemas de tierra.
La MRS provee “numerosos caminos de retorno ” de tierra para que los sistemas con problemas de ruido de altas frecuencias tengan un camino de retorno a tierra de baja impedancia. Este no es un esquema recomendable para muchos SED con alimentadores ubicados en zonas industriales muy interferentes.
3.8. PROBLEMAS DE RESONANCIA A ALTAS FRECUENCIA (HF) Un fenómeno nuevo el cual adquiere una importancia inusitada como es la resonancia a RF (alta frecuencia), la cual resulta en valores nada despreciables. Esto redunda en errores en el proceso y hasta deterioro de los componentes del sistema. Por ejemplo Por Ejemplo : una señal de 10 MHz posee una longitud de onda de 30 mts en el cable. Si se alimenta esta señal a un conductor de 7.5 mts ( lo que representa 1/4 de la longitud de onda ) la “señal resonará “en el conductor ( capacidad ye inductancia distribuida, presenta un circuito resonante paralelo, lo cual implica MAXIMA IMPEDANCIA ) y éste se comportará como un circuito abierto. Con este fenómeno NUNCA se podrán igualar los voltajes en los 2 extremos del cable de comunicación de datos. Los ingenieros miran como proporcionar un Sistema de tierra para un Sistema de equipos Electrónicos Distribuidos agrupados a través de una planta y en conjunto con equipos de potencia, tal como sería el caso de industrias, minas, etc La solución para este problema, nos permite asumir que la alimentación de los SED requiere un sistema SPG. Para evitar los problemas de ruidos en la líneas de comunicación es recomendable utilizar fibra óptica, debido a que la señal que ella transporta es óptica en un medio aislante
Los requerimientos de los sistemas de computación o procesamiento de datos referentes al Sistema de Puesta a Tierra, sirven para eliminar cualquier diferencia de potencial entre componentes de un sistema o que el mismo sea tan pequeño que no afecte su operación y constituyen, la estructura de aterramiento más recomendable. Para eliminar la posibilidad de lazos de conexión a tierra por la conexión múltiple, se requiere : la instalación de una barra principal de puesta a tierra a la que estarán conectados cada uno de los componentes del sistema de una manera radial. A esta barra principal estará conectada la malla de referencia de señal (MRS), y Cada uno de los equipos estará conectado mediante brazos a esta malla . Como punto final se conecta esta barra principal al sistema de puesta a tierra adecuadamente diseñado, y minimizando cualquier diferencia de potencial o electromagnético.
En el caso de poseer un sistema de suministro eléctrico derivado separadamente , el aterramiento del neutro será realizado en la barra principal del sistema. No es posible el concebir un sistema de suministro eléctrico con una referencia a tierra diferente a los equipos de computación, dado que nos lleva a poseer un sistema inseguro , con un alto valor de ruido, con una elevada razón de probabilidad de falla y los problemas serán mayores a no poseer sistema de protección alguno, donde no se podrá garantizar la operatividad de las instalaciones dentro de los parámetros de seguridad y confiabilidad que han de caracterizar la empresa moderna, donde de alguna u otra forma dependa de un sistema de procesamiento de datos y el costo de penalización por paradas no programadas sea muy elevado. Primero se debe contar con una buena tierra. Impedancia típica 1 a 2,5 ohm. Se debe notar que aquí no existe la posibilidad de tormentas eléctricas. Por otro lado la puesta a tierra depende en gran medida de la resistividad ohm x mt del suelo (la cual esta dada principalmente por los elementos químicos que la componen y su grado de humedad ), las cuales son dadas en tablas. Se debe medir : Véase NCH4-2003. Ver Piocolos de Medición Resistividad del Terreno.
Se recomienda como electrodo el uso de barras o sistema de malla, o si fuera necesario malla + barras. Dependiendo principalmente del espacio disponible y la resistividad del suelo en cuestión. Si fuese necesario realizar un “tratamiento del suelo ”, hacerlo por medio de sustancias químicas como bentonita o gel a base de sulfatos de metales, con el fin de disminuir la resistividad del suelo. Por las razones ya expuestas anteriormente se utilizará una Malla de Referencia de Señal . Para el enmallado es preferible usar bandas de cobre de 20 a 30 mm de diámetro. Se usará un piso falso (el cual debe ser aislado del suelo ) en el cual estará inserta la malla. Un punto de aterrizamiento sobre esta malla debería ser adoptado cada 0,5 mt igualmente distribuido en lo posible por la superficie de la sala. Cada punto de la estructura metálica (el enmallado), que soporta el piso falso deberá cerrarse a través de conexiones adecuadas. Por otro lado el piso falso deberá estar aislado del piso del edificio, con aislantes (de plástico por ejemplo), de un Nivel de Aislación Básica (BIL) de a lo menos 10 kVolt (plástico de 5 mm de grosor ) PISO FALSO
PARTE METALICA (MALLA) PISO DE CONCRETO
PLACA DE PLASTICO : DE 3 A 5 m.m. CON NIVEL DE AISLACIÓN DE 10 KV POR LO MENOS
SOPORTE DEL PISO FALSO
. Realizando en el inicio de una instalación, una puesta a tierra única, mono-metálica para el electrodo, y de baja resistencia, se elimina un gran número de problemas en el funcionamiento de los equipos EES.
Las recomendaciones precedentes permiten realizar una puesta a tierra correcta en la mayor parte de los casos. Se presentan problemas particulares cuando las resistencias de las puestas a tierra no pueden ser obtenidos valores óhmicos bajos. El caso se agrava cuando las tomas de tierra deben conducir corrientes fuertes , como descargas atmosféricas y que un cable metálico llevando una tierra lejana llega a la instalación.
La placa de aislación debe ser insertada entre el piso de concreto y el piso falso , o entre el piso falso y su soporte. Los cables de transmisión de datos deben ser de preferencia completamente galvanizados en tubos de acero. Si esto no es posible, es recomendable que los cables estén provistos de un blindaje electromagnético Y por último, para la transmisión de datos es interesante el uso de filtros ópticos o módems.
3.9. MEDICIÓN DE LA PUESTA A TIERRA
Los ohmiómetros ordinarios no tienen suficiente voltaje y no distinguen la resistencia del aterrizaje de la resistencia de los electrodos que se ocupan para efectuar la medición. La precisión en la medición es difícil y generalmente no se exige. Se acepta una exactitud de ± 25%, a consecuencia de la gran cantidad de variables que intervienen.
Es conveniente que cuando se hace la medición de la resistencia de un sistema completo, se deje transcurrir cierto tiempo para que la tierra alrededor de los electrodos se consolide. Esto no se necesita para los electrodos de prueba auxiliares porque su resistencia se descuenta durante la prueba. Se deben efectuar pruebas periódicas para verificar si la resistencia permanece constante o aumenta. Si esta aumenta a valores muy altos, se debe pensar en instalar electrodos adicionales, incrementar el contenido de humedad o darle tratamiento químico.
Medidor De Resistencia De Tierra Digital
Existen dos tipos de medidas de resistencia de tierra; el método de dos y cuatro puntos. El método de los dos puntos consiste en medir una simple resistencia entre los dos puntos. Para la mayoría de las aplicaciones, el método más exacto en es de los cuatro puntos, como su nombre lo indica, requiere la inserción de cuatro electrodos de tierra en línea y a igual distancia dentro del área de prueba. Una corriente conocida generada, desde un transformador de corriente, es pasada entre los dos electrodos de salida. La caída de potencial (que es función de la resistencia) es entonces medida a través de los dos electrodos de entrada, la lectura se obtiene directamente en ohmios.
El Código Eléctrico Nacional (NEC) establece que la resistencia a tierra no debe exceder los 25 ohmios. Este límite superior es una directiva, pero para muchas instalaciones los valores de resistencia requeridos DEBEN ser mucho menores.
Tenaza Medidora De Resistencia A Tierra
Este método de medida es innovador. Ofrece la capacidad de medir la resistencia sin necesidad de desconectar el sistema de tierra. Este tipo de mediciones ofrece también la ventaja de incluir las conexiones de resistencia global de aterrizamiento. Principio de operación. Usualmente, una línea de distribución de un sistema aterrizado puede ser representada como el diagrama de la figura o un circuito equivalente mostrado en la siguiente figura. Si el voltaje E es aplicado a algún electrodo de tierra Rx, a través de un transformador especial, la corriente que fluye a través del circuito, por esa razón se establece la siguiente ecuación.
donde, usualmente
Por consiguiente, se establece que E/I = Rx. Si I se determina manteniendo E como una constante, se puede obtener la resistencia medida de los electrodos enterrados. La corriente inducida es alimentada a un transformador especial a través de un amplificador de potencia desde un oscilador
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References: Artículo 250
 Artículo 645

Artículo 810
 Artículo 820
 Artículo 800

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