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Electrónica Industrial “A”
 Razones para aterrizar un equipo
Tierra
•
•
Seguridad personal: es la razón primaria para aterrizar un equipo;
evita que el sistema quede “flotando”, con el posible riesgo de una
descarga eléctrica al usuario.
Control del ruido eléctrico: el control de ruido eléctrico incluye
“transientes” desde cualquier fuente. Este es el punto donde el sistema
de tierra se relaciona con los conceptos de calidad de energía. El
objetivo primario de aterrizar para controlar el ruido eléctrico es crear
un plano al mismo potencial. La existencia de diferencias de potencial
(tensión) entre diversos puntos de “tierra” puede hacer que se
sobrepasen los límites de aislamiento eléctrico, generar corrientes de
tierra en cables de baja tensión e interferir con equipo sensitivo que
quizás este aterrizado en múltiples lugares.
Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
Electrónica Industrial “A”
 Razones para aterrizar un equipo
Tierra
•
Aterrizar para garantizar la
operación de las protecciones
del equipo: al existir un corto
circuito entre la fase y el
gabinete (fallo de aislamiento o
algún otro similar), la conexión
de tierra ofrece una trayectoria
de baja impedancia que
garantice la operación del
fusible o el “breaker”.
Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
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Tierra
 Esquema general de un sistema de tierra
Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
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Tierra
 ¿Qué sucede con un mal sistema de tierra?
Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
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 ¿Qué sucede ante una falla de operación?
Gabinete sin
aterrizar
Alimentación
Tierra
Línea
L1
Carga
Neutro
N
G
Falla
Tierra de
seguridad
Tensión diferencial
ries gosa
Sistema de tierra
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Tierra
 Integración con el sistema de pararrayos
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 Razones para aterrizar un sistema
Gabinete
aterrizado
Alimentación
Línea
L1
Tierra
Carga
Neutro
N
G
Tierra de
seguridad
Interferencia
eléctrica
Sistema de tierra
Al aterrizar un equipo se disminuye el efecto del ruido eléctrico. El
ruido eléctrico es especialmente crítico en equipos basado en
controles digitales.
Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
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 Definiciones importantes
Tierra
Es necesario ubicar diversas definiciones: IEEE dictionary, (Standard 100)
•
•
Ground: ”tierra”. Se refiere al cable o conexión.
•
Conexión a tierra, “aterrizamiento” “grounded”: cable o conductor
de conexión, que intencional o no intencionalmente, sirve para conectar
un circuito o equipo eléctrico a la tierra (suelo), o en su defecto, al medio
que sirve como tal.
•
Earth: ”tierra”. Se refiere al plano físico (suelo, piso metálico) con
potencial cero.
Sistema sin conexión a tierra: circuito o dispositivo eléctrico que no es
conectado intencional o no intencionalmente a la tierra física del sistema
(suelo).
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 Definiciones importantes
Tierra
•
•
•
•
Sistema aterrizado: es un sistema de conductores de los cuales al
menos un conductor en un punto es intencionalmente aterrizado,
sólidamente o a través de una impedancia (transformadores de
distribución).
Sólidamente aterrizado: sistema que está directamente conectado a
tierra sin insertar ninguna impedancia.
Resistencia de tierra: impedancia a través de la cual se aterriza un
sistema. Suele ser una resistencia.
Inductancia de tierra: impedancia a través de la cual se aterriza un
sistema. Suele ser una inductancia.
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 Definiciones importantes
Definiciones de la NEC americana
Tierra
•
•
•
•
Electrodo de tierra: el electrodo de tierra es el medio físico para
conectar el sistema de tierra a la tierra física (suelo).
“Aterrizado”, “grounded”: conectado a la tierra (suelo) o al cuerpo
conductor que sirve para tal fin.
Conductor aterrizado: un sistema o circuito conductor que es
intencionalmente aterrizado.
Conductor de tierra: un conductor usado para conectar un equipo o el
circuito de tierra de un cableado al electrodo o electrodos de tierra
(suelo).
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 Definiciones importantes
Tierra
•
•
Conductor de tierra de un equipo: el conductor usado para conectar
las partes metálicas de un equipo que no conducen corriente de
operación, al electrodo de tierra (suelo) o al sistema que sirve para tal
propósito.
“Bonding jumper”, lazo, conexión: elemento conector entre el circuito
conductor de tierra y el equipo o electrodo principal de tierra (suelo).
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 Definiciones importantes
Protecciones y tablero de
control
Alimentación
Carga
L1
Tierra
L1
Fusible
N
N
G
G
N
"Bond"
G
Conductor al
electrodo de tierra
Electrodo de
tierra
Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
Tierra (suelo) o algún material que sirve
para tal fin
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 Problemas de cableado
Tierra
•
•
•
Existen diversos problemas relacionados con cableado:
Problemas con conductores y conectores: es necesario inspeccionar
conexiones en los diferentes paneles, continuidad de líneas, malas
conexiones; todo esto puede generar calentamientos, posible arqueo,
“buzzing” (efecto corona), etc.
Pérdida de conexión de tierra: una falla en la conexión de tierra genera el
riesgo de descarga eléctrica al usuario, propagación de ruido eléctrico, falla
de activación de protecciones contra sobre corriente y corto circuito.
Múltiples puntos de conexión neutro - tierra: al menos que sean sistemas
separados de neutro - tierra, sólo se deberá tener un punto de conexión de
neutro - tierra y deberá estar en el sistema de alimentación principal
(Reglamentación de la NEC).
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 Problemas de cableado
Tierra
•
•
Equipo sin aterrizar: en algunos casos, los equipos no se aterrizan con
el objetivo de obtener una tierra “limpia”. El procedimiento
recomendado por la NEC debe ser observado.
Varillas adicionales de tierra: las varillas de tierra tienen como
objetivo ser parte del sistema de tierras siempre y cuando estén
interconectadas. También pueden ser empleadas para equipos sensitivos;
sin embargo, estos casos no deben incluir varillas de tierra aisladas para
establecer un nuevo punto de referencia de tierra para el equipo. Un
problema muy importante asociado a la calidad de energía y generado
por las varillas de tierra aisladas, es el crear rutas de circulación de
corrientes generadas por descargas atmosféricas, generando transitorios
de tensión.
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 Problemas de cableado
Tierra
•
•
Lazos de tierra: es uno de los problemas más comunes en los medios
industriales y comerciales que incluyen procesamiento de datos y equipo
de comunicación. Se genera cuando dos equipos conectados a diferentes
planos de tierra están intercomunicados, generando otro lazo de tierra.
Conductor de neutro insuficiente: cargas no lineales monofásicas
como equipos electrónicos y balastos electrónicos, generan armónicos
múltiplos de tres que circulan por el conductor de neutro. En
aplicaciones típicas de edificios de oficina con una diversidad de cargas
monofásicas electrónicas, la corriente de neutro tiene valores comunes
entre 140 y 170% de la corriente de fase, siendo necesario reforzar el
conductor de neutro por incremento de calibre o por trayectorias
paralelas para cada fase.
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 Problemas de cableado
Sólo debe existir un punto de conexión único de neutro - tierra.
Esquema recomendado
Alimentación
Alimentador
Tablero
Conector
Carga
Tierra
L1
L1
N
"Bond"
G
Conductor al
electrodo de tierra
Electrodo de
tierra
Conductor de fase
Conductor de
neutro
Conductor de tierra
aislado (verde)
N
N
G
G
Conduit - charola
Rama
Tierra (suelo) o algún material que sirve
para tal fin
La resistencia eléctrica entre el suelo y el electrodo debe ser mínima para
garantizar la protección en descargas
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 Problemas de cableado
Configuración para obtener tierra aislada
Alimentación
Alimentador
Tablero
Conector naranja
aislado
Carga
Tierra
L1
L1
N
"Bond"
G
Conductor al
electrodo de tierra
Electrodo de
tierra
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Conductor de fase
Conductor de
neutro
Conductor de tierra
aislado (verde)
N
N
G
G
Conduit - charola
Rama
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 Problemas de cableado
Configuración para sistemas derivados separados (aislamiento)
Tierra
Esquema recomendado
Alimentación principal
Alimentador
Tablero
Sistema derivado
separado
Conector
Carga
L1
L1
N
"Bond"
G
Conductor al
electrodo de tierra
Fases
Conductor de
neutro
Conductor de tierra
aislado (verde)
Conduit - charola
Electrodo de
tierra
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L1
N
N
"Bond"
G
G
Conexión opcional a tierra:
estructura de acerco, o tubería de
agua fría. De preferencia no usar
varilla de tierra.
Rama del
circuito
N
G
Electrónica Industrial “A”
 Conexión recomendada
Conexión del transformador de aislamiento
Tierra
Núcleo
Pantalla aislante
127 / 220 V
440 V
A panel de los
sistemas de
cómputo o
cargas sensibles
Desde la
alimentación
principal
Todos los cables
de tierra
conectados en un
solo punto
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Conexión a una
columna de acero
o a la tierra del
sistema
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 Conexión recomendada: transformadores de aislamiento
Centro de
carga
Centro de
carga
Centro de carga incroporado
al
transformador. El punto de
tierra del sistema y el punto
de tierra de potencia son el
mismo
Tierra
Separación
5 cables
3 fases
Neutro
Tierra
DEBIL!
Separación importante
entre el punto de tierra y
los equipos. Se puede inducir ruido
Punto de tierra
OPTIMA!
El punto de tierra del
sistema de tierras y de las
cargas es el mismo
Centro de
carga
Separación
MEJOR!
La separación de las
conexiones de tierra es
menor
A otras cargas sensibles
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Mejor ubicación de
transformadores de
aislamiento para
alimentar cargas
sensitivas
Electrónica Industrial “A”
 Conexión recomendada: mallas en sistemas sensibles
Tierra
El objetivo es crear una malla de baja impedancia
que limite interferencias
A.
B.
C.
D.
E.
F.
G.
H.
Cintas de cobre (0.01 in x 4 in.
Punto de soldadura, cinta - cinta.
Punto de soldadura, cinta - pedestal
Punto de soldadura, cinta conexión.
Línea de conexión de baja
impedancia a equipo.
Punto de soldadura, cinta - línea de
equipo.
Unidad de distribución de potencia,
conductor aterrizado.
Conexión soldada a la columna de
acero de la nave.
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 Conexión recomendada: mallas en sistemas sensibles
Tierra
Otra perspectiva
1-4.Son módulos típicos
de equipo de
cómputo.
5. Es la conexión de
seguridad del
conductor de tierra Centro de carga
del equipo (Cable con “breakers” y
“verde”).
transformador de
6. Es la tierra de
aislamiento
seguridad para la
conexión a la malla
de tierra del sistema.
PERSPECTIVA
PERSPECTIVA
Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
ESQUEMATICO
ESQUEMATICO
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 Conexión recomendada: supresores de picos
Tierra
Se colocan supresores de picos que limiten transitorios de tensión en el
sistema de alimentación. La conexión debe incluir modo diferencial y
modo común.
Transformador
opcional requerido
Secundario
Primario
Transformador de
servicios
Centro de carga
Contactos
Panel de control
SP
SP
SP
Montaje directo
recomendado
Medio de tierra compartido (suelo)
Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
Montaje directo
recomendado