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CURSO SPT CIMEMOR: FALLAS
TIPOS DE FALLAS EN SISTEMAS ELÉCTRICOS
Tipos de fallas
El término “falla” se utiliza mucho en combinación con la conexión a tierra. La
conexión a tierra no previene una falla, pero una adecuada conexión a tierra puede
limitar el tiempo de existencia de una falla, y por lo tanto limitar el tiempo de
existencia de riesgos. Las fallas pueden tener diferentes puntos de ocurrencia, por
ejemplo una falla puede ocurrir en el lado de la línea de alimentación o después de
los dispositivos de protección contra sobrecorriente.
La clasificación general de fallas más conocida está formada por las fallas
monofásicas y las fallas trifásicas. Sin embargo, para efectos de conexión a tierra
existen esencialmente dos tipos:
a) Falla de fase a fase
b) Falla de fase a tierra
La falla de fase a fase puede provocarse por una conexión entre dos fases distintas
de un sistema. Este tipo de falla es la más severa ya que ocasiona un flujo de
corriente mayor al provocado por la falla de fase a tierra (ver figura 2).
La falla de fase a tierra (figura 1) ocurre cuando una fase se conecta a tierra. Puede
ser cualquier conexión accidental de un conductor de fase y cualquier superficie
aterrizada, tal como una cubierta metálica aterrizada. Una falla a tierra ocasionará un
flujo de corriente del orden del 75 % de la corriente de falla de fase a fase. Cuando
se produce una falla a tierra, el conductor de puesta a tierra del equipo tiene una
función muy importante, proporciona una trayectoria de baja impedancia para que la
corriente de falla ocasione la operación de los dispositivos de protección, limitando
con esto el tiempo de permanencia de la falla.
Figura 1 Falla a tierra en sistemas aterrizados
Dr. Arturo Galván Diego.
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Figura 2. Falla a tierra en sistemas no aterrizados
(Configuración delta-delta)
Figura 3. Falla a tierra en sistemas no aterrizados
(Configuración delta-estrella)
Dr. Arturo Galván Diego.
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Cuando se realizan estudios para la aplicación de los dispositivos de sobrecorriente,
se hace énfasis en la corriente máxima que podría fluir como resultado de una falla.
Esto se realiza asumiendo que la falla es una “falla franca”, es decir, una falla en la
que no interviene una resistencia, o una resistencia de valor mínimo. Un sistema que
experimente tal falla de línea a línea (y también una falla de línea a tierra cuando el
sistema está sólidamente aterrizado) estará protegido por los dispositivos de
sobrecorriente debido a la magnitud de la corriente que fluirá bajo esas condiciones.
Las fallas francas, sin embargo, son completamente teóricas. Es más probable que
una falla tenga una impedancia que reduzca la cantidad de corriente de falla, o que la
falla sea una “falla por arqueo” o “falla intermitente”, debido al deterioro del
aislamiento de un conductor, del devanado de un motor, o de una terminal a una
superficie aterrizada. Al respecto, el esquema de conexión a tierra de los sistemas
eléctricos puede tener un efecto en la magnitud de los voltajes de línea a tierra, los
cuales deben permanecer constantes bajo condiciones transitorias y de estado
estable. Los sistemas eléctricos que permiten sobrevoltajes severos pueden
ocasionar una reducción en la vida útil del aislamiento, la cual a su vez puede
provocar fallas frecuentes. En las máquinas eléctricas rotatorias, donde el espacio de
aislamiento es limitado, este conflicto entre la elevación de voltaje y la vida útil se
agudiza.
Hay opiniones divididas en cuanto a la seriedad del problema de sobrevoltajes en
sistemas no aterrizados (de 600 V o menores), y al efecto que éstos tienen en la
continuidad del servicio eléctrico. Algunos piensan que utilizando sistemas
aterrizados, la continuidad del servicio se mejora y las fallas de aislamiento se
reducen. Otros piensan que, bajo condiciones normales de operación, el sistema no
aterrizado ofrece un mejor grado de continuidad del servicio que no se ve disminuido
por ninguna posibilidad seria de sobrevoltajes transitorios peligrosos.
Para dar un panorama de las ventajas y desventajas que presentan tanto los
sistemas aterrizados como los no aterrizados, es necesario realizar un análisis de
tales sistemas en cuanto a la confiabilidad que ofrecen al sistema eléctrico.
Sistemas aterrizados
Además de proporcionar un control de sobrevoltajes en un sistema eléctrico, la
conexión intencional del neutro a tierra hace posible la protección rápida y sensible
de las fallas, basada en la detección del flujo de corriente a tierra. Los sistemas
aterrizados están dispuestos, en la mayoría de los casos, de tal manera que los
dispositivos de protección de los circuitos actúen poniendo fuera de operación el
circuito que contiene la falla. Cualquier contacto de fase a tierra en los sistemas
aterrizados, ocasiona una desconexión inmediata del circuito bajo falla y de sus
cargas. No obstante la desconexión del equipo debido a una falla, la experiencia
indica que se obtiene una mejor continuidad en el servicio con los sistemas
aterrizados, que con los sistemas no aterrizados.
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Generalmente, es preferible operar sistemas eléctricos industriales de baja tensión
trifásicos a cuatro hilos; de esta manera se puede utilizar un sistema de 208Y/120 V
para motores trifásicos y alumbrado monofásico. Por otra parte, un sistema de
480Y/277 V a cuatro hilos se puede utilizar para motores de 480 V y para alumbrado
fluorescente a 277 V.
La experiencia de los operadores que han utilizado ambos sistemas, aterrizados y no
aterrizados, indica que el índice de fallas es substancialmente menor en los sistemas
aterrizados. Esto proviene del hecho de que los sobrevoltajes transitorios son
reducidos en gran proporción en los sistemas aterrizados en el neutro. Debido a que
la conexión a tierra reduce estos sobrevoltajes, la vida del aislamiento eléctrico se
incrementa y por lo tanto se minimizan las interrupciones del suministro.
Sistemas no aterrizados
Los sistemas no aterrizados, en realidad, estan aterrizados a través de una elevada
reactancia capacitiva como resultado de la capacitancia de acoplamiento a tierra de
cada conductor energizado (como se observa en la figura 4). La ventaja de operación
atribuida a los sistemas no aterrizados reside en que una falla monofásica, si es
permanente, no ocasionará una salida automática del circuito. Esto produce la
conducción a tierra de una pequeña corriente, la cual ocasiona diferencias de
potencial en otros aparatos o equipos.
Debido a la capacitancia de acoplamiento a tierra, el sistema no aterrizado esta
sujeto a sobrevoltajes peligrosos (cinco veces lo normal o más) resultado de la
operación normal de los interruptores de un circuito que contenga una falla a tierra, a
contactos intermitentes a tierra, o una reactancia inductiva elevada conectada de una
línea a tierra. La experiencia ha demostrado que se pueden producir sobrevoltajes
debido a la ocurrencia repetida de arcos durante la interrupción de una falla de línea
a tierra, p articularmente en sistemas de baja tensión.
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Figura 4 Capacitancia distribuida en un sistema eléctrico
Mientras ninguna perturbación ocurra en el sistema, los potenciales de línea a tierra
(aún en un sistema no aterrizado) permanecen estables en alrededor del 58 % del
valor de voltaje de línea a línea.
Durante la ocurrencia de una falla a tierra de un conductor, los otros dos conductores
de fase a través de todo el sistema metálico, están sujetos a 73 % de sobrevoltaje.
Por lo tanto, es extremadamente importante localizar el circuito que contiene la falla y
repararlo o desactivarlo antes de que la elevación de tensión produzca daños en
otras máquinas o en otros circuitos. Las figuras 5 y 6 ilustran las situaciones de la
elevación de tensión en un sistema. Generalmente el aislamiento entre cada línea y
tierra es adecuado para soportar el voltaje de línea a línea. Sin embargo, si este
voltaje se aplica por periodos largos, puede producirse una falla en el aislamiento el
cual puede de hecho ya haberse deteriorado por el tiempo o por condiciones severas
de servicio.
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Figura 5. Relaciones de voltaje para diferentes condiciones
en un sistema en delta
En un sistema con neutro no aterrizado, puede ocurrir una segunda falla sobre otra
fase antes de que una primera falla existente sea liberada (Ver figura 7). La segunda
falla puede estar en el mismo circuito de la primera falla o en otro, de cualquier
forma, la falla resultante de línea a línea (a través de la conexión común a tierra)
deberá activar los dispositivos relevadores o interruptores de uno o ambos circuitos.
De otra forma, una sencilla falla a tierra de relativa poca importancia puede
finalmente ocasionar un daño considerable debido a la corriente de falla de línea a
línea relativamente alta y la interrupción de uno o ambos circuitos.
La experiencia en la operación de los sistemas eléctricos indica que en sistemas de
distribución industriales de propósito general, los incidentes de sobrevoltajes
asociados con la operación sin aterrizamiento, reducen la vida útil del aislamiento de
tal manera que las fallas de máquinas y circuitos eléctricos ocurren más
frecuentemente de lo que lo hacen en sistemas aterrizados. La ventaja de un sistema
no aterrizado, que consiste en no interrumpir la carga cuando ocurra una falla a
tierra, puede convertirse en desventaja ya que el ignorar una falla a tierra y dejarla
permanecer en el sistema, puede provocar una segunda falla ocasionando a su vez
una interrupción de energía.
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Un sistema adecuado de detección, en conjunto con un programa organizado para
eliminar fallas a tierra, se considera esencial para la operación de sistemas no
aterrizados. Estas observaciones están limitadas a sistemas de corriente alterna. La
operación de sistemas de corriente directa no esta sujeta a muchos riesgos de
sobrevoltajes como los sistemas de corriente alterna.
Figura 6. Relación de voltajes en un sistema en estrella bajo una condición de falla a
tierra
Figura 7. Efecto de los voltajes en un sistema no aterrizado bajo una condición de
falla a tierra
Protección de falla a tierra para equipo (GFP)
La mayoría de los sistemas eléctricos aterrizados contienen sistemas
meticulosamente diseñados de protección convencional contra sobrecorriente, pero
están completamente desprotegidos contra el tipo de falla más común –las fallas a
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tierra de baja corriente (de una fase a una envolvente metálica). Los fusibles y/o
interruptores termomagnéticos se pueden seleccionar de acuerdo a las capacidades
interruptivas requeridas por las corrientes de corto circuito, y los factores como el
retardo de tiempo y el límite de corriente pueden adaptarse a las necesidades del
sistema en particular. Sin embargo, éstos esfuerzos están encaminados a proteger
los costosos sistemas eléctricos (y los valiosos procesos industriales u operaciones
comerciales) contra el tipo de falla eléctrica que casi nunca sucede – la falla o corto
circuito trifásico entre las terminales de un dispositivo de protección. Al mismo
tiempo, y a pesar de las extremas provisiones contra sobrecorrientes, los sistemas
aterrizados están totalmente desprotegidos contra los efectos destructivos de las
fallas de fase a tierra tan comunes.
A pesar del incremento en la aplicación de los dispositivos de protección, el problema
de las fallas a tierra continúa y se incrementa junto con la expansión del sistema
eléctrico. Desde el punto de vista de la seguridad, los diseños de ingeniería deben
incluir la protección contra tales fallas. Los dispositivos de protección contra
sobrecorriente normalmente están limitados en su efectividad debido a que:
1) Estos deben tener un tiempo de retardo y un ajuste mayor al de plena carga que
permita las corrientes normales de fuga
2) Son incapaces de distinguir entre las corrientes normales y las corrientes de falla
de baja magnitud las cuales pueden ser menores que las corrientes a plena carga
Las corrientes de baja magnitud se deben al contacto incidental e intermitente de
alguna fase con algún objeto puesto a tierra. De aquí que se hagan necesarios otros
medios de protección: un dispositivo de protección que responda a las corrientes de
falla a tierra y que se acople a un dispositivo automático de interrupción para abrir las
tres fases cuando exista una falla de línea a tierra en el circuito. Tal medio de
protección se denomina Protección de Falla a Tierra o “Ground Fault Protection GFP”
Los sistemas de protección a tierra consisten de tres componentes principales: un
sensor o transformador de corriente, un relevador de falla a tierra y un dispositivo de
disparo que es activado por el relevador.
Sensor
El sensor se puede describir de varias maneras, transformador de corriente tipo dona
(TC), sensor tipo ventana, o monitor de corriente. En un sistema de protección a
tierra, el dispositivo sensor es un transformador de corriente que encierra:
•
•
•
todos los conductores incluyendo el neutro (si está disponible), figura 8-A
la conexión de retorno por tierra que conecta al neutro del sistema con tierra,
figura 8 -B
cada uno de los conductores por separado (incluyendo el neutro), figura 8 -C
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Relevador
El relevador de falla a tierra detecta la salida del transformador que se utiliza como
sensor cuando ocurre una falla a tierra, y ya sea instantáneamente o después de un
cierto retardo, cierra un circuito que a su vez abre el interruptor del circuito.
Figura 8. Esquemas de protección contra falla a tierra
Operación del sistema
Existen tres esquemas de detección de falla a tierra:
a) Detección de secuencia cero
Encierra todos los conductores, los de fase y el neutro, y mide la corriente total
de salida
b) Detección de corriente de retorno por tierra
Encierra sólo la conexión del neutro a tierra, y mide el flujo de la corriente de
falla a tierra que regresa a la fuente de alimentación
c) Detección residual
Cada conductor individual tiene su propio TC y se inserta un relevador de falla
a tierra en la conexión común de éstos
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La operación de varios tipos de sensores (transformadores) y relevadores de falla a
tierra algunas veces indica cual es el más apropiado para proteger un sistema de
distribución. La figura 8 muestra los esquemas de detección.
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TIPOS DE SISTEMAS DE CONEXIÓN A TIERRA
Existen dos tipos de conexión a tierra:
1) Conexión a tierra del sistema eléctrico y
2) Conexión a tierra para equipo
El primero tiene la función de mantener los voltajes del sistema dentro de valores
fijos con respecto a tierra, generalmente a través de la conexión de uno de los
conductores del sistema a tierra (comúnmente el neutro); y el segundo tiene la
función de referir a tierra todos los elementos metálicos no energizados de los
equipos eléctricos, con el objeto de asegurar que estén a un mismo potencial,
especialmente si éstos se encuentran dentro de una misma área.
Conexión a tierra del sistema eléctrico
La conexión a tierra del sistema, o la conexión intencional de una fase o un
conductor neutro, tiene el propósito de controlar el voltaje a tierra dentro de límites
predecibles. El control del voltaje a tierra limita el efecto del voltaje en el aislamiento
de los conductores de tal forma que el desempeño de los aisladores se puede
predecir más fácilmente. El control del voltaje también permite la reducción de los
riesgos de electrocución hacia las personas que puedan entrar en contacto con
conductores vivos. Por otro lado, la conexión a tierra también facilita un flujo de
corriente que permite la detección de una conexión no deseada entre los
conductores del sistema y tierra y el cual puede provocar la operación de dispositivos
automáticos que remuevan la fuente de voltaje de los conductores con tales
conexiones indeseables a tierra.
En resumen, los objetivos por los cuales los sistemas deben conectarse a tierra
según el NEC (Sección 250-2 a), son los siguientes:
1. Limitar las sobretensiones, que pue den ser provocadas por:
a) Descargas atmosféricas
b) Fenómenos transitorios
c) Contactos accidentales con líneas de mayor tensión
2. Estabilizar la tensión a tierra en condiciones normales de operación
3. Facilitar la acción de los dispositivos de sobrecorriente en caso de fallas a
tierra
En forma práctica, la conexión a tierra de los sistemas de distribución de energía
eléctrica tiene que ver con la naturaleza y localización de una conexión eléctrica
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intencional entre los conductores del sistema eléctrico y tierra (física). Los esquemas
comunes de conexión a tierra que se encuentran en los sistemas de distribución son:
(1)
(2)
(3)
(4)
No aterrizado
Aterrizado a través de resistencia
Aterrizado a través de reactancia
Sólidamente aterrizado
El Código Nacional Eléctrico (Sección 250-20) establece los criterios para la
conexión a tierra de los circuitos y sistemas eléctricos de corriente alterna que deben
ser sólidamente aterrizados, para lo cual hace una clasificación de los mismos en 4
grupos:
1.
2.
3.
4.
Sistemas que funcionan con menos de 50 V
Sistemas que funcionan entre 50 y 1000 V
Sistemas que funcionan desde 1000 V y mayores
Sistemas derivados en forma separada
Sistemas que funcionan con menos de 50 V
Existen tres situaciones bajo las cuales los sistemas de corriente alterna que
funcionan a menos de 50 V deben ser aterrizados.
(1) La primera se presenta cuando un sistema se alimenta por medio de un
transformador y la alimentación de ese transformador sobrepasa 150 V a
tierra, en este caso, el sistema debe ser aterrizado (en el secundario) como se
ve en la figura 9 (Sección 250-20 (a) (1)). Un ejemplo de esto es un sistema
de 480/227 V utilizado como alimentación del primario de un transformador, y
el secundario del mismo transformador es utilizado para alimentar, en 48 V,
pequeñas válvulas solenoides o algunos otros circuitos de control de baja
tensión. El secundario está a menos de 50 V y el primario está a más de 150
V. Por lo tanto, el secundario en 48 V debe ser aterrizado.
(2) La segunda situación se presenta cuando un sistema se alimenta por medio
de un transformador conectado a un sistema no aterrizado. En este caso, el
sistema debe ser aterrizado (en el secundario), como se ve en la figura 9
(Sección 250-20 (a) (2)). Un ejemplo de esto se observa cuando una fase de
un sistema trifásico no aterrizado a 480 V, se utiliza para alimentar el primario
de un transformador, y el secundario del transformador está a menos de 50 V.
(3) La tercera situación requiere que los sistemas que operan a menos de 50 V
sean aterrizados cuando los conductores del mismo sistema estén instalados
como conductores aéreos en los exteriores de los edificios. Esta situación se
puede observar en la figura 9 (Sección 250-20 (a) (3)).
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Existen otros sistemas que operan a menos de 50 V y no se requiere que sean
aterrizados, sin embargo se permite que lo estén. Un ejemplo de esto es un sistema
alimentado con un transformador con un primario alimentado a menos de 150 V, y el
secundario a menos de 50 V.
Figura 9. Sistemas que funcionan con menos de 50 V
Sistemas que funcionan entre 50 y 1000 V
Dentro de éste grupo existen tres situaciones bajo las cuales los sistemas entre 50 y
1000 V deben ser aterrizados.
(1) La primer situación establece que un sistema debe ser aterrizado, si el voltaje
a tierra de los conductores no aterri zados no sobrepasa 150 V rms, para esta
situación existen tres sistemas de distribución que la satisfacen (i, ii y iii), y
que son los de uso más común, la figura 10 muestra estos sistemas (Sección
250-20 (b) (1)).
(2) La segunda situación establece que los sistemas trifásicos a cuatro hilos (3F4H), donde el neutro se utilice como conductor para un circuito, deben ser
aterrizados. Esta situación incluye a los sistemas en 480/277 V, que no están
circunscritos por la primer situación por no ser el voltaje de línea a tierra
menor a 150 V. Este sistema se utiliza extensamente en la iluminación de
escuelas, oficinas en grandes edificios y en áreas industriales. Los sistemas
en 440/254 V también están incluidos. La figura 10 muestra este sistema
(Sección 250-20 (b) (2)).
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(3) La tercera situación establece que los sistemas trifásicos en configuración
delta a 4 hilos (3F-4H), en los cuales el punto medio de una fase de la delta
sea utilizado como conductor para un circuito, deben ser aterrizados en este
punto medio. Estos sistemas encuentran aplicación ante la necesidad de tener
circuitos de potencia y de alumbrado. Los sistemas más comunes para ésta
configuración son: 240/120 V y 220/110 V como puede verse en la figura 10
(Sección 250-20 (b) (3)).
Figura 10. Sistemas que funcionan entre 50 y 1000 V
Sistemas que funcionan desde 1000 V en adelante
Dentro de éste grupo se establecen tres puntos especiales para la conexión a tierra
de estos sistemas:
(1) Deben aterrizarse los sistemas de alimentación desde 1 kV y mayores,
cuando éstos alimentan a equipo móvil o portátil (Sección 250-20 (c) y 250154).
(2) Se permite que los sistemas de alimentación desde 1 kV y mayores, que no
alimenten a equipo móvil o portátil, sean aterrizados.
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(3) Cuando los sistemas desde 1000 V y mayores sean instalados con el
conductor neutro aterrizado, estos deben ajustarse a los requerimientos que
establece el NEC (Artículo 250).
Los requisitos que establece el NEC para estos sistemas, delimitan las opciones de
alimentación a los siguientes sistemas:
i)
ii)
iii)
Sistemas aterrizados con un transformador de puesta a tierra (Sección
250-182)
Sistemas con el neutro sólidamente aterrizado (Sección 250-184)
Sistemas aterrizados en el neutro a través de una impedancia (Sección
250-186)
Los sistemas anteriores se ejemplifican en la figura 11.
Figura 11. Sistemas que funcionan desde 1000 V en adelante
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Sistemas derivados en forma separada
De acuerdo al NEC, un sistema derivado en forma separada es aquel sistema que no
tiene ninguna conexión eléctrica directa incluyendo el conductor neutro, con otro
sistema de alimentación. El sistema puede derivarse de una batería, un sistema
fotovoltaico, un generador, un transformador, o los devanados de un convertidor. Una
forma de identificar un sistema derivado en forma separada es un sistema de
alimentación diferente al de la compañía suministradora. El NEC establece que los
sistemas derivados en forma separada deben ser conectados a tierra si se requiere,
de acuerdo a los puntos anteriores (Sección 250-20 (d)).
Conexión a tierra para equipo
La conexión a tierra para equipo tiene que ver con la puesta a tierra e interconexión
de las partes y estructuras metálicas a través de las cuales viajan los conductores
energizados y en general todas aquellas partes metálicas no energizadas que
puedan entrar en contacto con los conductores del sistema y que estén expuestos al
personal.
Los propósitos principales de la conexión a tierra para equipo son las siguientes:
(1) Mantener una diferencia de potencial baja entre las partes metálicas,
para evitar el riesgo de electrocución del personal presente en el área
(2) Proporcionar un medio conductor efectivo,
por medio del cual puedan fluir las corrientes de cortocircuito producidas
por una falla a tierra, sin producir chisporroteos u otra evidencia de
elevación térmica, y con el fin de evitar un riesgo por incendio de material
combustible o explosión de gases en atmósferas combustibles
(3) Conducir a tierra corrientes estáticas o de fuga
La razón principal para la conexión a tierra para equipo es evitar que cualquier objeto
metálico llegue a estar energizado, ya que esto representa riesgos de electrocución a
las personas. De manera más específica, si un conductor no aterrizado del sistema
entra en contacto con cualquier parte metálica, dicha parte metálica se elevará al
potencial con respecto a tierra del conductor no aterrizado. La figura 12 muestra esta
elevación de potencial entre un chasis metálico y tierra, cualquier persona que tenga
contacto con la canalización estará expuesta al mismo riesgo que si tocara el mismo
conductor energizado.
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Figura 12. Elevación de potencial de partes metálicas no aterrizadas
A menos que todas las partes metálicas conductoras en una instalación hayan sido
conectadas a tierra intencionalmente en una manera apropiada, la ocurrencia de una
falla de aislamiento en los conductores puede provocar la aparición de un voltaje de
magnitud suficiente que represente un riesgo de electrocución a cualquier persona
que las toque.
Al conectar a tierra todas las partes metálicas, cualquier contacto accidental de un
conductor no aterrizado con éstas partes metálicas, será equivalente a un
cortocircuito entre el conductor no aterrizado y el conductor aterrizado del sistema.
Esto ocasionará que actué el dispositivo de protección del circuito que contiene la
falla, evitando que las partes metálicas queden energizadas, es decir, al potencial del
conductor no aterrizado.
La figura 13 muestra la trayectoria para el flujo de corriente debido al contacto
accidental de un conductor no aterrizado. Dicha trayectoria puede ser la canalización
misma conectada a tierra en la fuente de alimentación, acometida, etc., o puede ser
un conductor especial para esa función (el conductor de color verde según el NEC),
que se origine en el punto de conexión a tierra del tablero o fuente de alimentación y
que acompañe a los circuitos de alimentación. Lo anterior está establecido en la
sección 250-118 del NEC.
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Figura 13. Trayectoria a tierra para las corrientes de falla
Debe notarse que la corriente realmente no fluye a “tierra”, si no fluye hacia la fuente
de alimentación a través del contacto accidental y hacia el punto común de conexión
a tierra del sistema y del equipo, de tal manera que se completa el circuito de regreso
a la fuente. Esta corriente se define como “corriente de falla”, puesto que solo fluye si
existe una falla en el circuito. Es muy importante asegurar que la trayectoria de
puesta a tierra para equipo tenga una baja impedancia a lo largo del circuito, esto
permitirá que los dispositivos de protección abran el circuito.
Consideraciones que permiten no aterrizar los equipos
De acuerdo con la sección 250-110 del NEC todas las partes metálicas asociadas
con los sistemas eléctricos deben ser aterrizadas. La única excepción a esta regla es
que los equipos cumplan con uno o más de los siguientes requisitos:
1. Estén doblemente aislados
2. Estén resguardados
3. Estén físicamente aislados o apartados (del alcance del personal)
Consideraciones que obligan a aterrizar los equipos
Para los equipos que si deben ser aterrizados el NEC establece una clasificación de
los equipos, tal clasificación es la siguiente:
a) Equipo fijo o conectado por medio de cableado permanente
b) Equipo conectado por medio de cordón y clavija
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c) Equipo no eléctrico
De acuerdo con la sección 250-110 del NEC, los equipos fijos deben ser aterrizados
si cumplen con cualquiera de las condiciones siguientes:
1) Si están dentro de una distancia vertical de 2.44 m (8 ft) o a una
distancia horizontal de 1.53 m (5 ft) con respecto a tierra o de cualquier
objeto aterrizado y que se encuentre expuesta al contacto con las
personas
2) Si están en lugares húmedos o mojados
3) Si están en contacto eléctrico con algún objeto metálico
4) Si están en lugares o áreas clasificadas como peligrosas
5) Si están alimentados por medio de una canalización metálica
6) Si el equipo tiene una de sus terminales a más de 150 V con respecto
a tierra
Características de la trayectoria a tierra
Como se menciona anteriormente, es importante que la trayectoria de puesta a tierra
de los equipos cumpla ciertas características que aseguren el cumplimiento de los
objetivos establecidos. De acuerdo a la sección 250-2 del NEC, la trayectoria de
conexión a tierra debe ser:
1. Continua. La trayectoria debe ser permanente y eléctricamente conti nua, lo
cual generalmente depende de las conexiones mecánicas.
2. Baja impedancia. Debe mantener la oposición al flujo de corriente lo más
bajo posible, lo cual depende del conductor que se utilice, de las
conexiones y de la configuración en la que se disponga el conductor de
puesta a tierra
3. Ampacidad. Debe tener suficiente capacidad de conducción de corriente
para conducir de manera segura la corriente de falla que el equipo pueda
demandar.
4. El terreno natural no deberá ser utilizado como el único medio conductor
de puesta a tierra para equipo.
Para que la trayectoria a tierra cumpla específicamente con el punto 2, es decir, para
lograr una baja impedancia, el conductor de puesta a tierra dedicado (esto es, un
conductor diferente a la canalización metálica) debe estar contenido dentro de la
misma canalización, cable o cordón, o tenderse con los conductores del circuito de
acuerdo a la sección 250-134 del NEC.
La importancia de disponer un conductor de puesta a tierra para equipo, físicamente
cercano a los conductores de alimentación de un circuito de CA, es esencial para
asegurar una impedancia mínima en las trayectorias de puesta a tierra, lo cual a su
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vez facilita la remoción de las fallas. Cuando un conductor de puesta tierra para
equipo se coloca en la misma canalización (cable o cordón) que el conductor que
esté proporcionando la corriente de falla a tierra, la impedancia del circuito que
conduce la corriente de falla tiene una reactancia inductiva mínima y una resistencia
en CA mínima, debido a la cancelación mutua de los campos magnéticos alrededor
de los conductores y a un mínimo de efecto piel. Bajo tales condiciones, el voltaje a
tierra es mínimo y la corriente de falla es la máxima posible debido a la baja
impedancia, por lo cual el dispositivo de sobrecorriente del circuito operará
efectivamente y en un menor tiempo.
Referencias
NEC (NFPA 70) NATIONAL ELECTRICAL CODE 2005 EDITION
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