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Contenido - Tierras eléctricas • • • • • • • • • • Puesta a tierra del sistema eléctrico Puesta a tierra del equipo Definiciones Sistema derivado separadamente Electrodos Cuerpo de tierra Electrodos aislados Unión neutro - tierra Tomacorrientes normal Tomacorrientes con GFCI Departamento de Ingeniería Eléctrica all Bibliografía Departamento de Ingeniería Eléctrica all Objetivos - Tierras eléctricas • Justificar la puesta a tierra de sistemas de alimentación • Justificar la puesta a tierra de los equipos • Distinguir puesta a tierra de sistema y puesta a tierra de equipos • Conocer las definiciones pertinentes a tierras eléctricas • Describir los sistemas de electrodos • Distinguir los diferentes tipos de electrodos • Describir los problemas de los electrodos aislados • Describir los problemas de las uniones ilegales neutro-tierra • Conocer los GFCIS • Identificar las ventajas de los GFCIS Departamento de Ingeniería Eléctrica all ¿Porqué aterrizar el sistema de alimentación eléctrica? NEC 250-1, FPN No.1 (FPN = “Fine Print Note”). a) limitar los sobrevoltajes transitorios debidos a descargas atmosféricas, a maniobras con interruptores, b) para limitar los voltajes en caso de contacto accidental del sistema de alimentación con líneas de voltaje superior y c) para estabilizar el voltaje del sistema de alimentación con respecto a tierra. Departamento de Ingeniería Eléctrica all Sistema de alimentación eléctrica transformador delta Y transformador delta Y fase a fase a fase b fase b fase c fase c Ic Ic Ib Ia conductor puesto a tierra Ib Ia sistema de electrodos puente de unión principal a) sin puesta a tierra figura 1 de Tierras eléctricas, puesta a tierra del sistema de alimentación eléctrica b) puesto a tierra ¿Porqué se requiere la puesta a tierra de equipo? NEC 250-1, FPN No.2 a) limitar el voltaje de los materiales metálicos no portadores de corriente con respecto a tierra y b) que en caso de falla a tierra, opere la protección de sobrecorriente Departamento de Ingeniería Eléctrica all Puesta a tierra de equipo chasis chasis i fase fase neutro neutro tierra tierra i (a) Alambrado correcto. (b) La protección de sobrecorriente opera en caso de que el hilo vivo toque accidentalmente el chasis . chasis energizado jarp fase neutro tierra (c) La ausencia de la puesta a tierra de equipo es un peligro de electrocución figura 2 de Tierras eléctricas, puesta a tierra de equipo Términos de tierras eléctricas medidor CFE conductor puesto a tierra de acometida equipo de desconexión principal conductor vivo barra de neutros puente de unión principal barra de tierras conductor del electrodo de puesta a tierra figura 3 de Tierras eléctricas, puesta a tierra de equipo Departamento de Ingeniería Eléctrica all conductor puesto a tierra conductor de puesta a tierra electrodo de puesta a tierra Puesta a tierra de equipos en un sistema flotado NO CUMPLE CON NORMAS + 480 V - 20 A + 240 V - Aire acondicionado de ventana NO CUMPLE CON NORMAS Departamento de Ingeniería Eléctrica all Sistema aterrizado sin puesta a tierra de equipos NO CUMPLE CON NORMAS + 480 V - 20 A + 240 V - Aire acondicionado de ventana NO CUMPLE CON NORMAS Departamento de Ingeniería Eléctrica all Sistema aterrizado y puesta a tierra de equipos Puesta a tierra y conductores del circuito en la misma canalización SÍ CUMPLE CON NORMAS 20 A + 480 V - + 240 V - Aire acondicionado de ventana Departamento de Ingeniería Eléctrica all Sistema derivado separadamente. • Un sistema de alimentación ubicado dentro de la propiedad en el cual la potencia se deriva de un generador, de un transformador o de los devanados de un convertidor y no hay conexión directa con los conductores de alimentación de otro sistema, esto incluye a un conductor sólidamente puesto a tierra. • un generador de emergencia con interruptor de transferencia de cuatro polos, • un UPS con “bypass” a través de transformador, • un transformador ferroresonante. Departamento de Ingeniería Eléctrica all Ejemplos de sistemas derivados separadamente delta Y x3 delta delta x2 x3 x1 x2 x0 x1 b) transformador trifásico delta - delta a) transformador trifásico delta - estrella x1 x1 x0 x0 x2 c) transformador monofásico de tres hilos Departamento de Ingeniería Eléctrica d) transformador monofásico Figura 4 de Tierras Eléctricas. Conexiones más comunes de transformadores NO es sistema derivado separadamente conductor de puesta a tierra de equipo Generador Tablero de la desconexión principal del transformador n neutro 3φ canalización Los conductores de fase no tienen conexión directa con la alimentación principal 3φ conductores de fase no aterrizados conductores de fase no aterrizados barra de neutros Tablero del interruptor automático de transferencia de tres polos Departamento de Ingeniería Eléctrica all a la carga El conductor neutro del genardor tiene conexión directa con el neutro de la alimentación principal La salida del “UPS” no es un sistema derivado separadamente En un sistema derivado separadamente los conductores de salida no tiene conexión directa con los conductores de entrada entrada 3φ y neutro al “bypass” entrada 3φ y tierra al “UPS” Transformador UPS N N G G puesta a tierra de equipos adaptado del IEEE 142-1991, libro verde, página 51 Departamento de Ingeniería Eléctrica all No hay unión entre neutro y tierra a la salida del “UPS” salida 3φ, neutro y tierra a las computadoras Electrodos naturales, NEC 250-81: medidor puente para continuidad eléctrica equipo de desconexión principal electrodo de suplemento equipo de desconexión principal varillas de 1/2 " o cobre desnudo calibre 4 o mayor, embebidos en concreto, longitud de 6 m o más la tubería de agua debe estar por lo menos 3 m en contacto con la tierra edificio Figura 5, 6 y 7 de Tierras Electricas. Electrodos Naturales Departamento de Ingeniería Eléctrica all cobre desnudo calibre 2 o mayor enterrado 2.5 piés o más Cuerpos de Tierra NEC 250-84 • La resistencia de los electrodos artificiales debe ser menor a 25. • En caso de que la resistencia sea mayor hay que agregar otro electrodo en paralelo a una distancia de por lo menos 1.8 m FPN: La efectividad de poner en paralelo varillas de más de 8 ft se mejora si se separan más de 8 ft cuerpo 1 cuerpo 2 tierra Departamento de Ingeniería Eléctrica all Figura 8 de Tierras Electricas. Cuerpos de Tierra Electrodos Aislados Potencial en A y B es diferente que en C Cables de Comunicación A C 1 1 25,000 volts 10 Ω 2 B Disipación de la energía del rayo 0 volts 5Ω Tierra Profunda Departamento de Ingeniería Eléctrica all Figura 10 de Tierras Electricas. Tierra de computadora, limpia, aislada y exclusiva ITM de 15 A Aislante Carga Tubo conduit 5Ω Tierra “sucia” de acometida Filtro capacitivo en corto 5Ω Tierra “limpia”, exclusiva y aislada Figura 11 de Tierras Electricas. Departamento de Ingeniería Eléctrica all Unión ilegal neutro - tierra (1) El voltaje en el extremo de recepción no es cero R h + v=0 - g R com com i3 h + - + v=0 - g + v = Rcom i3 - i3 + - i2 i n n + v=0 i computadoras i1 b) Unión ilegal neutro - tierra a) Alambrado correcto El voltaje en el extremo de envío es cero Departamento de Ingeniería Eléctrica all Figura 12 de Tierras Electricas. Unión ilegal neutro - tierra (2) canalización de cables de comunicación canalización de cables de comunicación campo magnético débil campo magnético intenso i i2 i2 i i1 i ienc = 0 canalización de cables de alimentación a) Sin unión ilegal neutro - tierra Departamento de Ingeniería Eléctrica all i ienc = i2 canalización de cables de alimentación b) Unión ilegal neutro - tierra Figura 13 de Tierras Electricas. El tomacorrientes o contacto conductor vivo conductor puesto a tierra conductor de puesta a tierra g Portalámparas metálico Departamento de Ingeniería Eléctrica all La mano derecha y el toma corrientes Suponiendo que la mano es la clavija • El dedo pulgar es el vivo • El dedo índice es la tierra y • El dedo anular es el neutro Esta regla es útil para recordar el alambrado correcto Departamento de Ingeniería Eléctrica all Tomacorrientes y el riesgo de choque eléctrico 400 mA CFE conductor vivo conductor puesto a tierra conductor de puesta a tierra Departamento de Ingeniería Eléctrica all Choque eléctrico y la unidad térmica no disparará No es necesario tocar directamente el vivo del tomacorrientes La corriente pasa del taladro a la mano y del cuerpo a la tierra. R1= Resistencia de contacto con el taladro TALADRO TALADRO R2 = Resistencia del cuerpo sin incluir la piel 120 V I R3= Resistencia de contacto entre los zapatos y la tierra TRAYECTORIA LA CORRIENTE Adaptado de John Cadick, Electrical Safety Handbook I= V 120 = = 21 mA R1 + R2 + R3 500 + 200 + 5000 Departamento de Ingeniería Eléctrica all Con suela de cuero húmeda, parado en suelo húmedo, y está sudando intensamente Tomacorrientes con interruptor de circuitos bajo falla a tierra Circuito de disparo Sensor de corriente diferencial h n RESET TEST g Departamento de Ingeniería Eléctrica all G F C I Ground Fault Circuit Interrupter Terminales de línea y terminales de carga Circuito de disparo Sensor de corriente diferencial h n RESET TEST g Terminales de línea Terminales de carga Es muy importante que no se inviertan Departamento de Ingeniería Eléctrica all Protección contra choque eléctrico Debido a que la corriente no regresa por neutro, el interruptor disparará Circuito de disparo protegiendo contra choque eléctrico Sensor de corriente diferencial h n RESET g Departamento de Ingeniería Eléctrica all TEST Interruptores de falla a tierra Unidad térmica con interruptor de falla a tierra marca SquareD Leviton Hubbell Departamento de Ingeniería Eléctrica all Probadores de Interruptores de falla a tierra IDEAL CIRCUIT IDENTIFIER PLUS RECEPTACLE TESTER INSPECTOR II UNITEST GFI TESTER Departamento de Ingeniería Eléctrica all Unión neutro a tierra sin protección •i = i1 + i2 •i1 = i3 + i4 Circuito de •El retorno parcial por el neutro disparo deja desprotegido a la persona Sensor de corriente diferencial h i i4 n RESET g TEST i3 i1 i2 Departamento de Ingeniería Eléctrica all Tomacorrientes con interruptor de falla a tierra detectan unión ilegal neutro tierra G N El interruptor disparará LEVITON, ejemplo de tomacorrientes con GFCI Departamento de Ingeniería Eléctrica all Cordones de extensión con falla a tierra •Los cables de extensión deben contar con protección de pérdida de neutro •Esto se requiere para evitar que queden el vivo y la tierra con riesgo de electrocución y el GFCI no dispare pues la bobina del GFCI requiere del neutro para disparar •Los cordones de extensión tienen un interruptor normalmente abierto, de tal manera que requieren presencia de vivo y neutro para cerrar el interruptor y proporcionar salida Departamento de Ingeniería Eléctrica all Tipos de Interruptores de falla a tierra •Tipo interruptor termomagnético sobrecarga cortocircuito falla a tierra •Tipo tomacorrientes falla a tierra neutro aterrizado •Tipo cordón de extensión falla a tierra unión ilegal neutro tierra pérdida de neutro Departamento de Ingeniería Eléctrica all G N Efectos fisiológicos Tiempo (ms) corriente (mA) 1000 10 100 1000 10000 Fibrilación ventricular 100 Tiempo máximo 10 Tiempo de disparo de de disparo de un un GFCI clase A típico GFCI clase A UL 1 Departamento de Ingeniería Eléctrica all No hay reacción
