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“Cultivando energía de calidad”
NEWS / Diciembre 2011
Técnicas de
Medición de
Corrientes por
Tierra
Las corrientes de baja intensidad por conductores de tierra, barras de tierra,
tuberías conduit, cables de señal, y otras estructuras físicas pueden ser la
causa directa de problemas, como campos magnéticos ocasionados por las
corrientes netas, o aspectos de seguridad relacionados a corrientes de fuga.
En otras ocasiones, estas corrientes no son por sí o en sí un problema, sino los
síntomas de problemas de tierra en la infraestructura o equipamiento de la
empresa.
Definiciones
Corrientes por Tierra son cualquier corriente que fluye por tierra. Tierra puede
ser la tierra de chasis, tierra de seguridad, blindajes, charolas, o tierra de
referencia. En general, idealmente las tierras de seguridad no conducen corriente alguna. Sin embargo, muchas condiciones normales y anormales
pueden crear corrientes por tierra, tanto a la frecuencia de la alimentación
como a otras frecuencias. Las corrientes por tierra pueden ser originadas por
la fuente bajo consideración, o por otras fuentes alternas en la empresa, y a
veces es difícil identificar la causa específica de las corrientes por tierra.
Corrientes de Fuga son corrientes derivadas de conexiones normales o anormales de la fuente a la tierra de seguridad. En general, las corrientes de fuga
son identificadas más fácilmente que las corrientes por tierra. Las corrientes
de fuga a menudo fluyen de regreso a la fuente a través del conductor de
tierra asociado. Sin embargo, también pueden fluir a través de rutas alternas
de tierra, contribuyendo a las corrientes por tierra del edificio.
Corrientes Netas son corrientes de sumatoria diferente a cero que fluyen por
las tuberías conduit, alimentadores o derivaciones. Pueden estar relacionadas a las corrientes por tierra, corrientes de fuga que regresan a la fuente a
través de rutas paralelas de tierra, o corrientes neutras que fluyen hacia la
fuente a través de rutas paralelas de tierra.
Corrientes por Tierra
Las corrientes por tierra básicas son medidas en el conductor de tierra, típicamente de color o marcado en verde, o un conductor desnudo.
En la figura 1, las mediciones de corriente por tierra son realizadas en la tierra
de seguridad del equipo (A) así como en una conexión suplementaria a tierra
(B). Normalmente, el punto de medición A es al que la gente se refiere
cuando se discuten corrientes por tierra.
Figura 1
El problema con este tipo de mediciones de
corriente por tierra es que están incompletas. Asumiendo un sistema eléctrico normal,
existen otras rutas para la corriente por
tierra: canalizaciones, tubería conduit,
conexiones mecánicas a chasis y conexiones
de señal. Cada una de estas rutas puede ser
una ruta paralela a tierra de suficientemente
baja impedancia como para tomar una
porción significativa de la corriente por
tierra. Como resultado, el medir la corriente
por tierra simplemente en el punto A (por
ejemplo) provee una información limitada
acerca de la corriente total por tierra que
pudiera estar fluyendo.
Algunas fuentes de corrientes por tierra son:
• Lazos (loops) de Tierra, resultado de
conexiones paralelas o alternas desde el
equipo a la tierra del edificio.
• Aterrizamiento por Calidad de Energía con
propósitos de mejorar la tierra: reducir la
impedancia a tierra, romper o minimizar los
lazos de tierra, reducir corrientes por tierra,
tierras redundantes para referenciar
subsistemas entre sí.
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• Errores en Cableado, específicamente
relacionados con la conexión inadvertida de
tierras de seguridad o de referencia con
conductores portadores de corriente. Los
más comunes de mencionar son:
- Inadecuada conexión de conductores de tierra a neutros (o conductores puestos a tierra). Sólo hay dos correctos lugares
para que el neutro y la tierra se unan – en la
entrada a la acometida y en el secundario de
fuentes derivadas separadamente. Cualquier
otra unión debe ser eliminada.
- Uso inapropiado de la tierra como
ruta de retorno, ya sea de manera inadvertida al mezclar el neutro con los conductores
de tierra, o de manera deliberada.
Corrientes de Fuga
Las corrientes de fuga son corrientes que
fluyen de fase a tierra, típicamente relacionadas con capacitancia a tierra. Esta capacitancia puede ser normal (filtrado), parásita, o
relacionada a la falla de un componente,
problemas de cableado, o ruptura de aislamiento.
Normalmente la suma vectorial de las corrientes L1 + L2+ L3 + N = 0 con todas las corrientes
cancelándose.
La Corriente de Fuga es el desbalance en estas
corrientes. Puede fluir por la tierra de seguridad del equipo (A), la tubería conduit o canalización (B), u otras rutas a tierra (C).
Las corrientes de fuga de bajo valor (normal)
pueden estar relacionadas con la conexión de
filtros a tierra, o a la capacitancia parásita.
Las corrientes de fuga de alto valor (anormal)
pueden estar relacionadas con errores de
cableado, ruptura de aislamiento, o falla de
componentes.
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La clave con las corrientes de fuga es que no provienen de “algún lugar” sino que se originan en el mismo lugar del que se alimenta el equipo, y siguen un claro camino hacia la
fuente, a través del equipo, y de regreso a la fuente a través del sistema de tierra. Como
resultado, casi siempre es posible la precisa medición de estas corrientes – y a su vez el
diagnóstico de problemas y la solución de éstos.
Históricamente, las mediciones de corrientes de fuga (según se especifica en la NFPA-99)
involucra la inserción de una resistencia de carga en el conductor de tierra, y una medición
de voltaje a través de esta resistencia.
La NFPA-99 especifica el arreglo especifica el arreglo para medir la corriente de fuga de
acuerdo a la figura adjunta.
En realidad, la resistencia de 1 kΩ es un filtro que atenúa las frecuencias mayores a 1 kHz.
Este arreglo funciona para probar equipo pequeño y portátil, el cual puede ser aislado físicamente de un aterrizamiento accidental.
En el caso de sistemas interconectados o instalados permanentemente, los cuales no pueden
ser aislados de tierra, las mediciones de corriente de fuga no son posibles de acuerdo a la
NFPA-99.
Rutas alternas a tierra siempre proveerán una menor impedancia que la resistencia de 1 kΩ,
de manera que la corriente de fuga fluirá por otros caminos.
Adicionalmente, corrientes por tierra fluyendo desde otros sistemas pudieran ser medidas
como corrientes de fuga.
Aún equipos aislados de tierra mostrarán mediciones erróneas de corrientes de fuga, a
menos que la impedancia a tierra exceda 100 kΩ.
“Cultivando energía de calidad”
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Las corrientes netas pueden tener varias
causas:
Suponiendo que el medidor tenga una adecuada precisión y resolución, y que la dona de corriente pueda abarcar todos los conductores de energía, las mediciones de corrientes de fuga
pueden realizarse con mayor confiabilidad y precisión de la manera en que se muestra en la
figura 5, para sistemas donde el aislamiento de tierra es imposible o impráctico.
Las mediciones son válidas sin importar cuántas rutas a tierra existan para el flujo de corrientes
de fuga, y cuánta corriente falsa por tierra esté presente en la tubería o canalización.
1. Corrientes de fase o neutro que toman diferentes rutas hacia la fuente.
2. Corrientes por tierra que son inyectadas
dentro de las tierras del circuito a través de
fuentes externas.
3. Corrientes de fuga que fluyen de regreso a
la fuente a través de rutas de aterrizamiento
alterno, no a través de las tierras del circuito.
Corrientes Netas son la suma de todas las fases,
neutros y tierras (A) en una tubería conduit o
canalización, más la corriente por la tubería o
canalización (B).
Corrientes Netas
En muchos casos, las corrientes netas están
relacionadas a conexiones con otros sistemas
eléctricos, de manera que a menudo es necesario el localizar los lugares donde los sistemas eléctricos se mezclan, y separarlos.
En la mayoría de los sistemas eléctricos, la suma de las corrientes (fase + neutro + tierra)
debe ser igual a 0 Amp. Cualquier desviación de 0 puede ser considerada una “Corriente
Neta”. Medir una corriente neta involucra el colocar una dona alrededor de todos los
Fuente:
conductores en un circuito o alimentación.
Leakage and Ground Currents: Measurement
Techniques by Judith M. Russell (Consulting Electrical
Engineering, Power Lines)