Aterrizaje y Proteccion de Sitios Industriales

8/18/2019 Aterrizaje y Proteccion de Sitios Industriales

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NORMAS E CODIGOS USADOS EN EL DESAROLLO DEL CURSO

1. National Electrical Code, Articulo 250 Aterrizaje de Sitio

2. National Electrical Code, Articulo 800 Circuitos de Comunicaciones

3. National Electrical Code, Artículo 280, Arrestores

4. National Electrical Code, Articulo 285, Supresores para SobrevoltajeTransitorios

5. ANSI/IEEE Std 142 Practicas Recomendadas para Aterrizar Sistemas dePotencia Comercial e Industrial

6. ANSI/IEEE Std 1100 Prácticas Recomendadas para Aterrizar Equipos

Electrónicos Sensibles7. NFPA 780 - 2000 Edition,

Norma de Instalación para Sistemas de Pararrayos

8. ANSI std. C62.41 – 2000 Practicas Recomendadas para AplicarSupresores de Sobrevoltaje Transitorios

9. Motorola R56 Norma de Aterrizaje de Sitio de Comunicaciones

FRANKLIN EDISON PROGRAMAS DE CAPACITACIÓN

No pueden reproducirse esta publicación o cualquier otra material del cursoacompañando en parte o en todo sin permiso escrito de Franklin EdisonCorporation, 5830 Southwest 17 Street, Miami, FL 33155, Teléfono (305) 267-6662. Para más información, correo electrónico [email protected].

Franklin Edison hace un esfuerzo sincero para asegurar exactitud de susmateriales publicados. Ninguna parte de los cursos pueden reproducirse encualquier forma, en un sistema electrónico o por otra parte, sin el permisoescrito. Ninguna garantía, expresada, se proporciona. Franklin Edison niega laresponsabilidad por cualquier daño directo o indirecto del uso de la informaciónen estos cursos o de cualquier tecnología del producto dentro del documento.La mención de cualquier tecnología de productos en estos cursos es tecnologíausada en la industria actual y no constituye un endoso por Franklin Edison deestos productos. Se proporciona con el propósito de proporcionar elconocimiento de las normas código y tecnologías aceptadas hoy.


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ATERRIZAJE/PROTECCIÓN EN SITIOS COMERCIALES Y INDUSTRIALES

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Ing. Richard López - Sobre el Expositor

Richard López obtuvo se graduó de Ingeniero Eléctrico de la Universidad deMiami en el ano 1981 y empezó a trabajar para Florida Power & Light lasuministradora de energía para el estado de la Florida en los estados unidos.

Florida Power & Light suministra 18,000 Mega Vatios de energía a las industriasa través de la Florida. El Ingeniero López trabajó como especialista deconfiabilidad en energía para líneas de tensión mediana en el sur de la Floridadurante 1981 a1984 donde trabajó en la planificación y construcción de líneasoperando entre 13 a 39 kilovoltios, tres fases. De 1984 a 1985 él ingenieroLópez trabajó como consultor de energía para mejorar la utilización de energíaeficaz para las cuentas industriales con demandas y un consumo de 2 a 100Megavatios por sitio. Como ingeniero de energía eficaz analizaba el consumode cuentas industriales y proporcionaba estudios para reducir la demanda deenergía aplicando iluminación eficaz, sistemas eficaces de aire acondicionado,calefacción, ventilación, motores eficaces y mejoramiento en los sistemas de

aislamiento termodinámica del sitio.Entre 1985 y 1987, el Ingeniero. López desarrolló unos de los primeros serviciosde calidad de energía dentro de los Estados Unidos para la Florida Power &Light. El Ingeniero. López fue instrumental con los estudios de calidad deenergía para las 2200 líneas de tensión mediana que suministraban 18,000Mega Vatios en demanda para los 3.4 millones de usuarios que consumían unos7,000 millones de dólares anuales de consumo de energía a través del estadode la Florida. Los estudios de calidad de líneas de tensión medianadeterminaban la calidad de energía para los usuarios y monitoreabanperturbaciones como sobre voltaje transitorios, bajones y levantamientos de laonda de potencia continua CA, interrupciones de potencia momentarias yapagones para cada unas de las 2200 líneas de potencia CA. Los estudios decalidad de energía eran instrumentales para mejorar el nivel de calidad a lasindustrias como aerospacial, energía, comunicaciones, electrónicas, fabricasindustriales, sitios médicos, universidades, corporaciones y otras industrias deque requieren alta confiabilidad y calidad de energía.

Del 1987al 1997, el Ingeniero. López fue Gerente en Calidad de energía para laFlorida Power & Light Company. Este servicio proporcionaba estudios decalidad, consultorio, capacitación en calidad para las cuentas mayores condemandas de 2000 kilovatios o mayor. Los servicios proporcionaron solucionesa los problemas de calidad de energía, tierra del sitio, ruido armónico, factor depotencia, danos contra caída directa de rayos y sobre voltaje transitorios parasitios críticos. Estos estudios de calidad eran instrumentales para determinar lassoluciones mas eficaz para el usuario de carga critica. Solucionesproporcionadas incluían generadores de respaldo, acondicionadores depotencia, reguladores de voltaje, supresores transitorios, filtros armónicos,transformadores de factor k, transformadores zig-zag, y transformadores decancelación armónicas. Los estudios determinaban las soluciones más eficaces


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a los problemas del sitio. El Ingeniero. López sirvió en varios comités en losEE.UU. como el Electric Power Research Institute, Asesor de la revista PowerQuality durante 1987 a 1997, una revista nacional con un enfoque de solucionarproblemas de calidad de energía. El Ingeniero López desarrollo cursos deentrenamiento en calidad de energía para compañías como Pacific Gas &

Electric y Southern California Edison en estado de California, Texas Utilities,Philadelphia Electric, Commonwealth Edison y otras de las suministradoras deenergía a través de los EE.UU.

Del 1997 al 2000, el Ingeniero López dejó la industria de energía y sirvió comoun consultor de calidad de energía independiente para impresas Fortune 500 enEstados Unidos y entidades gubernamentales como la Administración de la

Aviación Federal (FAA). Con el FAA, sirvió como especialista en calidad ysistemas de tierra y protección contra rayos para los sistemas de radaraeronáuticos y Torres de comunicación en todos los aeropuertos dentro de losEstados Unidos. Sus responsabilidades incluyeron la inspección, análisis y

recomendaciones a danos inducidos por rayos para los equipos sensibles delsistema de radar que controlan unos 15,000 vuelos comerciales diarios en losEstados Unidos.

Del ano 2000 al 2002, el Ingeniero López trabajó como entrenador, consultor paraTranstector Systems, un fabricante de protección de sobre voltaje transitorio paraindustria de telecomunicaciones, compañías telefónicas y sitios celulares RF. Elingeniero López proporcionaba consultorio y entrenamiento en tierra de sitio yprotección contra caídas de rayos para compañías en los Estados Unidos comoVerizon, Nextel, Motorola, MCI, BellSouth y otras. El ingeniero López tambiénproporcionaba soporte para el Caribe, Centro y Sur América para industria decomunicaciones.

El ingeniero López presentemente trabaja con la impresa Franklin Edison comoconsultor y entrenador en calidad de energía en los estados unidos con lassuministradoras de energías, fabricantes industriales, Hospitales, industriaaeroespacial y comunicaciones. Cursos bajo Franklin Edison incluyen:

Calidad de energía de Sitio, Control de Distorsión Armónicas, Tierra y Protecciónde Sitios de Comunicaciones, Estudios de Calidad del Suministro de energía atensión Mediana, Protección de Sobre Voltaje Transitorios y Rayo Directo


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DIA 1

SECCIÓN 1 (TIEMPO – 1:45)

1.0 ATERRAMÍENTO EN SISTEMAS (CA) - SECCIÓN 250 DEL NEC

1.1 INTRODUCCIÓN1.2 PRACTICAS RECOMENDAS EN INDUSTRIA1.3 PROPOSITO DEL ATERRÍZAJE DE SISTEMA DE POTENCIA1.3.1 PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS1.3.2 ATERRÍZAJE PARA PREVENIR UNA ELECTROCUTACIÓN1.3.3 PROTECCIÓN DE CORTE CIRCUITO DE EQUIPOS1.3..3.1 CALIBRES DE CABLES DE TIERRA POR EL NEC1.3.4 PROTECCIÓN CONTRA RAYOS1.3.5 ATERRÍZAJE PARA LA REDUCIÓN DE RUIDO1.3.5.1 CORIENTE INACEPTABLE

1.3.6 EL LIMITE DE ALTO VOLTAJE1.4 TIERRA DE SISTEMAS CA1.5 ATERRÍZAJE MONO FÁSICOS1.6 ATERRÍZAJE DE SISTEMA DELTA-ESTRELLA1.7 CONSIDERACIONES DEL NEUTRO PARA CARGAS ARMONICAS1.8 ATERRÍZAJE DE SISTEMA DELTA-DELTA1.9 FUENTES DERIVADAS SEPARADAS1.10 INSTALACIÓN PUESTA A TIERRA


2.0 PUESTA A TIERRA

2.1 INTRODUCCIÓN2.2 SISTEMA ELECTRODO PUESTA A TIERRA2.3 SUBSISTEMAS DE ELECTRODOS DE TIERRA2.3.1 SUBSISTEMA DE TIERRA TUBERIA DE AGUA2.3.2 SISTEMA DE ELECTRODO DE TIERRA ACERO STRUCTURAL2.3.3 ELECTRODO EMPOTRADO EN HORMIGON2.3.4 ANILLO DE TIERRA2.3.5 ELECTRODOS PERMITIDOS EN PUESTA A TIERRA - 250.52(A)(5)2.3.6 PLACAS DE METAL (NEC 250.52 (A)(6))2.3.7 PLACAS DE METAL (NEC 250.52 (A)(6))2.3.8 REQUERIMIENTO DE CONDUCTOR ELECTRODO DE TIERRA2.4 UNIÓNES DE VARIOS SISTEMAS DE TIERRA DEL SITIO2.5 ELECTRODO DE TIERRA2.6 RESISTENCIA DE UN ELECTRODO Y EL SUELO RODEANTE2.7 RESTIVIDIDAD DEL SUELO2.8 REQUERIMIENTOS DE ESPACIO ENTRE VARILLAS2.9 EFECTOS DE VARILLAS EN PARALELO A LA RESISTENCIA


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2.10 TRATAMIENTO DEL SUELO CON SAL2.11 CONEXIÓNES Y UNIONES DE CABLES DE TIERRA2.12 INSTALACIÓN DE ELECTRODOS Y CONFIGURACIÓN2.13 MÉTODO 62% CAIDA DE POTENCIAL2.14 USO DE UN NOMOGRAFO PARA DETERMINAR RESTIVIDIDAD

2.15 PRUEBA DE RESISTENCIA USANDO UN EQUIPO DE 4 PUNTOS2.16 PRUEBA DE CONTINUIDAD ENTRE DOS PUNTOS2.17 MEDIDOR DE TIERRA METRO DE CLAMPA (CLAMP)2.18 PROTECCIÓN PARA PREVENIR LA CORROSION 2.19 RESUMEN DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA


3.0 ATERRIZAJE EXTERNO DEL SITIO DE COMUNICACIÓN

3.1 INTRODUCIÓN

3.2 TORRE APOYO POR SI MISMOCON RADIALES3.3 FUNDACIÓN DE LA TORRE - NFPA 780 3.13.2 Y NEC 250.52 (A) (3)3.4 ANÍLLO DE TIERRA3.5 TORRE MONOPOLE3.6 TORRE CON GUIA3.7 ANCLA PARA EL ALAMBRE DE GUIA3.8 ATERRÍZAJE DE LA BANDEJA DEL PUENTE DE HIELO3.9 ATERRÍZAJE DE GABINETES EXTERNOS DEL MEDIO AMBIENTE3.10 ATERRÍZAJE DE LA CERCA3.11 ATERRÍZAJE DE GENERADOR EXTERNO3.12 ATERRÍZAJE DE SHELTER3.13 ATERRÍZAJE SITIO CELULAR3.14 ATERRÍZAJE DE SISTEMA DE PROTECCIÓN DE RAYO3.15 ATERRÍZAJE DE CABLES DE TRANSMISIÓNS RF3.16 SITIO CELULAR MONTADO ENCIMA DE UN TEJADO3.17 SITIO CELULAR EN CIMA DE CERRO EN TIERRA ROCOSA3.18 POSO QUÍMICO DE TIERRA EN CERRO DE TIERRA ROCOSA3.19 CORREA RADIALES EN CERRO DE TIERRA ROCOSA


4.0 ATERRAMÍENTO EXTERNO EN SITIO DE COMUNICACIÓNES

4.1 INTRODUCCIÓN4.2 ATERRIZAJE DEL SITIO DE COMUNICACIÓN4.3 ATERRIZAJE DE TRANSFORMADOR AISLADOR (TIPO SECO)4.4 ATERRIZAJE DE TIERRA DE SEGURIDAD (CA)4.5 ATERRIZAJE DE NEUTRO4.6 NEUTRO SUELTO EN CARGAS DESBALANCEADAS4.7 NEUTRO SUELTO EN CARGAS BALANCEADAS


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4.8 TIERRA AISLADA DE EQUIPOS (CA)4.9 REGULACIÓN DE VOLTAJE DEL SITIO DE COMUNICACIÓN4.10 ATERRIZAJE EN SISTEMAS +48V (CD)4.11 ATERRIZAJE EN SISTEMAS +24V (CD)4.12 CONDUCTOR DE ATERRIZAJE DE EQUIPO (CD)

4.13 RUTAS EN CONDUCTORES DE TIERRA DE EQUIPO (CD)4.14 CUARTO DIGITAL DE TRASLADOS4.15 UNIÓN Y ATERRIZAJE DE BANDEJAS DE CABLES4.16 UNIÓN Y ATERRIZAJE DE “RACKS: DE EQUIPOS 4.17 BARRAS DE TIERRA SISTEMA LOGICO DIGITAL4.18 ATERRIZAJE DEL CUARTO DE BATERIAS4.19 ATERRIZAJE DE LOS “RACK” DE BATERIAS 4.20 ATERRIZAJE Y PROTECCIÓN DE CABLES DE TRANSMISIÓN4.21 ATERRIZAJE DE EQUIPOS DE COMUNICACIÓN RF4.22 CONSIDERACIÓNES Y ATERRIZAJE EN GABINETES DE RADIO4.23 ATERRIZAJE DE EQUIPO AUXILIARES

4.24 ATERRIZAJE PARA PREVENIR DESCARGAS ELECTROESTATICAS4.25 TIERRA DE HALO (ANILLO)4.26 PROBLEMAS DE INDUCTANCIAEN EN CABLES DE TIERRA4.27 PUNTO UNICO DE TIERRA EN SISTEMA (CD)4.28 CORRIENTE INACEPTABLE EN LA TIERRA LOGICA (CD)4.29 TIERRA TIPO PUNTO UNICO (BARRA DE TIERRA - MGB)4.30 ATERRIZAJE EN CENTRALES TELEFONICAS/SITIO DE TRASLADO4.31 PRUEBA DE CONTINUIDAD DEL SITIO DE COMUNICAIÓN


5.0 ATERRAMÍENTO INTERNO EN SITIO DE COMUNICACIÓNES

5.1 INTRODUCCIÓN5.2 EFFECTO DE FRECUENCIA BAJA EN CONDUCTORES5.3 EFECTO DE CORRIENTE FRECUENCIAS ALTAS EN CONDUCTORES5.4 IMPEDANCIA DE CONDUCTORES A FRECUENCIAS ALTA5.5 INDUCTANCIA DE CONDUCTORES (MICROHENRIES)5.6 RUIDO MODO COMUN EN SISTEMAS DE POTENCIA (CA)5.7 REDUCCION RUIDO DE MODO COMUN TRANSFORMADOR AISLADOR5.8 SISTEMAS DE POTENCIAS EN SALAS DE COMPUTADORAS5.9 ATERRIZAJE PARA CONTROL DE RUIDO (RF)5.10 RECUCCION DE RUIDOS EN SALAS DE COMPUTADORAS5.11 CONEXIONES DE FRECUENCIA ALTA EN SITIOS5.12 CABLE DE TIERRA AISLADO (CA) - NEC 250.96 (B)5.13 REDUCCION DE RUIDOS EN EL ALAMBRADO DE TABLEROS (CA)5.14 UNION DE NEUTRO Y TIERRA ILEGALES CORRIENTE INACEPTABLES5.15 PRUEBE PARA VERIFICAR CONEXIONES APROPIADAS EN ENCHUFE


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5.16 CONEXIONES INAPROPIADAS DE ENCHUFES

DIA 2


6.0 CONTROL DE RUIDO EN LÍNEAS DE SEÑAL

6.1 INTRODUCCIÓN6.2 CORRIENTE EN EL ESCUDO DE CABLES DE SENAL6.3 ATERRAMÍENTO DE CABLES DE SEÑAL6.4 CABLE TORCIDO DE SEÑAL CON DOBLE ESCUDO6.5 ATERRAMÍENTO DE CABLE COAXIALES6.6 CABLE COAXIAL E INDUCTANCIA EN MICROHENRIES6.7 CABLE COAXIAL DE SEÑAL CON DOBLE ESCUDO6.8 TÉCNICAS DE ELIMINAR LA CORRIENTE EN EL ESCUDO

6.9 PROTECCIÓN CONTRA TRANSITORIOS EN EL ESCUDOSECCIÓN 7 (TIEMPO – 2:00)

7.0 PROTECCIÓN CONTRA SOBRE VOLTAJES TRANSITORIA

7.1 INTRODUCCIÓN7.2 SENSIBILIDAD DE EQUIPOS SENSIBLES AL SISTEMA DE POTENCIA7.3 NIVELES DE FRACASO EN COMPONENTES DE CIRCUITO LOGICOS7.4 VOLTAJE Y CORRIENTE TRANSITORIAS DE RAYOS EN SITIOS7.5 SOBRE VOLTAJE TRANSITORIAS POR COMMUTACCIÓN DE CARGA

7.6 SOBRE VOLTAJE TRANSITORIAS POR CAUSA7.7 FRECUENCIA Y NÍVEL DE SOBRE VOLTAJES TRANSÍENTES7.8 MODOS DE PROTECCIÓN7.9 TECNOLOGIA DE SUPRESORES DE SOBRE VOLTAJE TRANSITORIO7.10 DIÓDO DE AVALANCHA DE SILICIO7.11 VARISTOR DE OXIDO DE METAL7.12 TUBO DE GAS 7.13 SUPRESORES DE CIRCUITOS HÍBRIDOS7.14 OTROS SUPRESORES7.15 VOLTAJE DE OPERACIÓN CONTINUO MAXIMO (MCOV)7.16 SUPRESORES EN MEDIOS DE VOLTAJE BAJOS

7.17 SURGE SUPPRESSOR USES NOT PERMITED - NEC 285.37.18 CONSIDERACIÓNES EN SITIOS DE COMUNICACIÓN7.19 ARESTOR INSTALADO FUERA DEL SITIO EN LINEAS DE ENTRADA7.20 REQUISITOS DE PROTECCIÓN DENTRO DEL SITIO7.21 NUMERO DE SUPRESORES Y LISTADO (NEC 285.4, 285.5) 7.22 VALUACIÓN DE CORRIENTE DE CORTE CIRCUITO (NEC 285.6)7.23 DESIGNACIÓN E INSTALACIÓN NEMA STD. LS 1-1992 (NEC 285.11)7.24 VALUACIÓNES DEL SUPRESOR POR CATEGORIA - ANSI. C62.41


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7.25 NIVEL DE PROTECCIÓN (VARISTORESOXIDO DE METAL - 100 kA)7.26 DIÓDO DE AVALANCHA DE SILICIO NIVEL DE PROTECCIÓN 10 kA7.27 ENERGIA DISIPADO EN UN VARISTOR DE OXIDO DE METAL 100kA 7.28 ENERGIA DISIPADA - DIÓDO DE AVALANCE DE SILICIO7.29 VIDA DE UN VARISTOR DE OXIDO DE METAL

7.30 INDUCTANCIA DEL CONDUCTOR Y EFECTO VOLTAJE TRANSITORIA7.31 EJEMPLO ANALISIS DE TRANSITORIA EN SITIO7.32 RUTA DE CONEXIÓNES AL SUPRESOR (NEC 285.12)7.33 CONEXIÓN ENTRE CONDUCTORES (NEC 285.21 (C))7.34 ATERRIZAJE DEL SUPRESORES DE TRANSITORIAS (NEC 285.25)7.35 ESPACIÓ ENTRE LINEAS CA Y COMUNICACIÓN - NEC 800.10 (A) (4)7.36 PROTECCIÓN DE CABLES de COMUNICACIÓN (NEC 800.30(A) & (B))7.37 ATERIZAJE COMUN ENTRELINEAS METALICAS DE ENTRADA7.38 CIRCUITOS DE COMUNICACIÓN (NEC ARTICULO 800)7.38.1 REQUISITOS DEL PROTECTOR PRIMARIÓ (NEC 800.31)7.38.2 REQUISITOS DE PROTECTOR SECUNDARIÓS (NEC 800.32)

7.39 TIERRA DE PROTECTOR TELÉFONICO7.40 PROTECTOR DE LINEAS TELEFONICAS "DIAL UP"7.41 PROTECTOR DE LINEAS ARRENDADA7.42 PROTECTOR LINEA RS 2327.43 TIERRA Y PROTECCIÓN PARA LINEAS INSTALADAS ENTRE SITIOS7.44 PROTECTOR PARA LA LUZ DE LA TORRE DE COMUNICACIÓN


8.0 PROTECCIÓN PARA CAIDA DE RAYO DIRECTO

3.1 INTRODUCCION3.2 TIPOS DE SISTEMAS DE PROTECCION DE PARARAYO3.3 FRECUENCIA DE CAIDAS DE RAYOS3.4 NIVEL DE CORRIENTE DEL RAYO Y PROBABILIDAD3.5 VALORACION AL RIESGO SOBRE CAIDAS DE RAYO3.6 TIERRA DEL SISTEMAS DE PROTECCION DE RAYO3.7 EQUI-POTENTIAL UNION Y CONEXIONES A TIERRA3.8 DESCARGAS LATERAL ENTRE CUERPOS METALICOS NO UNIDOS3.9 ACOPLAMIENTO INDUCTIVO DE CORRIENTES EN LINEAS DE DATOS3.10 INSTALACION DE SISTEMAS DE PROTECCION CONTRA RAYOS3.11 ZONAS DE PROTECCION PARA ESTRUCTURAS ALTAS3.12 PROTECCION DE RAYO DE LA TORRE DE COMUNICACION 3.13 LEVANTAMIENTO DE UNA TORRE CON CABLES DE RETENSION3.14 ZONA DE PROTECCION USANDO ESFERA DE 150 PIES3.15 OTROS REQUISITOS DE NFPA 780 3.16 MANTENIMIENTO DEL SISTEMA DE PROTECCION DE RAYO

RESUMEN, FORMA DE CRITERIO DE CURSO (TIEMPO – 0:30) Y ENTRAGA DE CERTIFICADOS DE CURSO


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SECCIÓN 1.0

ATERRIZAJE ENSISTEMAS CA

SECCIÓN 250Del NEC


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SECCIÓN 1.0

En esta sección repasaremos el propósito de la conexión a tierra requerido porel Código Eléctrico Nacional Sección 250. Repasaremos la protección contraincendios, seguridad personal, protección de corte circuito, control de ruido y

limitación de alto voltaje en los sistemas de potencia de corriente alterna (CA). Además repasaremos el aterrizaje de sistemas mono-fásico, tres-fásico delta-estrella y tres-fásico delta-delta. Veremos las conexiones puestas a tierra máscomún como la conexión sólida, por reactor o resistencia.

1.0 ATERRÍZAJE EN SISTEMAS CA (ARTICULO 250)

1.1 INTRODUCCIÓN1.2 PRACTICAS RECOMENDAS EN INDUSTRIA1.3 PROPOSITO DEL ATERRÍZAJE DE SISTEMA DE POTENCIA1.3.4 PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS

1.3.5 ATERRÍZAJE PARA PREVENIR UNA ELECTROCUTACIÓN1.3.6 PROTECCIÓN DE CORTE CIRCUITO DE EQUIPOS1.3..3.2 CALIBRES DE CABLES DE TIERRA POR EL NEC1.3.6 PROTECCIÓN CONTRA RAYOS1.3.7 ATERRÍZAJE PARA LA REDUCIÓN DE RUIDO1.3.5.2 CORIENTE INACEPTABLE1.3.7 EL LIMITE DE ALTO VOLTAJE1.4 TIERRA DE SISTEMAS CA1.5 ATERRÍZAJE MONO FÁSICOS1.6 ATERRÍZAJE DE SISTEMA DELTA-ESTRELLA1.7 CONSIDERACIONES DEL NEUTRO PARA CARGAS ARMONICAS1.8 ATERRÍZAJE DE SISTEMA DELTA-DELTA1.9 FUENTES DERIVADAS SEPARADAS1.10 INSTALACIÓN PUESTA A TIERRA


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1.1 INTRODUCCIÓN

En los sistemas de potencia CA, la interacción de equipos electrónicas sensibles juega un papel importante en el funcionamiento confiable de un comercio o unaindustria. Para lo ingenieros electricistas, el aterrizaje significa una conexión

directo al suelo (tierra física). Hoy los sitios comerciales e industriales confíanen los equipos electrónicos y computadoras para controlar operaciones denegocios, sistemas de red, procesos industriales, etc. Los equipos electrónicosestán integrados en todas las cargas del sitio causando una demanda continuapara la calidad de energía. Los sistemas electrónico digitales forman parte delsistema de control de aire acondicionado, calentadores, motores y sistemas deenergía eficiente. Se dice que casi un cien por ciento de las cargas tienen algúntipo de controlador digital. Las cargas electrónicas sensibles y no-sensiblesdeben trabajar juntas de manera confiable para proporcionar operaciones denegocios confiables. El Código Eléctrico Nacional, explica el aterrizaje como:

El Código Eléctrico Nacional (NEC) contiene las regulaciones y requisitos queforman parte de las conexiones de equipos eléctricos al sistema de potencia CA.El NEC proporciona los requisitos mínimos que deben satisfacerse para poderproteger la vida y propiedad de incendios. No se debe poner en riesgo el sistemade tierra y los requisitos de la NEC no se deben violar. La complacencia con elNEC nos da seguridad y prevención contra incendios. Cuando se aplica losrequisitos del NEC debemos aseguradnos de obedecer la seguridad personalprimero y la operación confiable de equipo después. La operación del equiponunca debe de venir antes de la seguridad personal.

Hoy las cargas sensibles requerirán un sistema de tierra y potencia más allá delos requisitos de NEC para operaciones confiable. Muchos de los equipos sonsusceptibles al ruido por tierra y el NEC no se enfoca en el control del ruido tantocomo en la seguridad personal y prevención de incendio. La operación confiablede equipos sensibles se discuten en otras normas de Instituto de NormasNacionales Americanas ANSI y el Instituto de Ingenieros Electrónicos yEléctricos. Éstas normas pueden proporcionar recomendacionescomplementarias de mejoría para el alambrando y sistema de tierra del sitio.Los equipos sensibles confían en una tierra libre de ruido y sobre voltajetransitorias. El NEC se enfoca en el alambrado y la tierra a un funcionamientocompatible con frecuencia baja para alimentar cargas pero es deficiente en losrequerimientos al ruido de frecuencia alta que pueden afectar a los equipos.

En esta sección repasaremos los requisitos del Código Eléctrico Nacional (NFPA70) de la Sección 250, la Conexión a tierra. El NEC gobierna las instalaciones y

NEC 250.2Una tierra confiable es necesaria y forma un retorno permanente y continuode baja impedancia. El cable de tierra debe de tener la capacidad parasoportar la corriente de falla y debe de poder retornar la corriente de falla dele ui o al sistema de otencia ue alimenta el corte circuito.


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requisitos de tierra y protección para las cargas eléctricas y electrónicas paraproporcionar seguridad personal y prevención de incendios. El NEC, sinembargo no nos asegura el funcionamiento confiable y libre de daño ointerrupciones. El daño y las interrupciones son problemas comunes en lossistemas de potencia CA. Los problemas de potencia pueden ser generados

internos o externos al sito, o relacionado con la conexión a tierra impropia. Enorden de reducir una interrupción de potencia o daños de equipos electrónicossensibles, hay varias normas que recomiendan prácticas que complementan yrefuerzan los requisitos del Código Eléctrico Nacional. En complemento al NEC,repasaremos las normas de la ANSI/IEEE 142 que se enfoca en el sistemapuesta a tierra.

1.2 PRACTICAS RECOMENDADAS DE INDUSTRIAS

Aparte del NEC, repasaremos secciones de ANSI/IEEE Std 142. Esta norma esdesarrollada por comités de profesionales y autoridades de la materia que

enfocan sus estudios en resolver los problemas más comunes a través de lainvestigación, probando sus tesis en el campo. El documento de referenciatitulada “Prácticas Recomendadas para la Conexión a Tierra de Sistemas dePotencia Industriales e Comerciales”, ANSI/IEEE Std 142. Esta norma examinala tierra y los métodos que nos ayudan a lograr una resistencia baja para elaterrizaje del sitio. Una resistencia baja de puesta a tierra es esencial y nosproporciona un sistema que reduce el daño e interrupciones a los equipos. Elsistema de tierra es la conexión física de nuestro sistema de potencia CA/CD alsuelo. Esto es obligatorio en la seguridad y prevención de incendios para el sitio.

En esta guía, repasaremos la norma ANSI/IEEE 1100 prácticas recomendadaspara Aterrizar y Alimentar a los Equipo Electrónico Sensible. Esta normacomplementa al NEC proporcionando una mejoría a los requerimientos de NEC.En este documento repasaremos la importancia del sistema de potencia queproporcionan la calidad de energía y la tierra aislada para proporcionar una tierramás libre de ruido. También repasaremos el uso de la rejilla referencia de señalde tierra, un método de unir equipos en salas de computadoras donde se lograuna conexión de baja impedancia y se dirige a reducir el ruido de alta frecuenciaen el sistema de tierra. La tierra necesita ser de potencial igual de señal y deimpedancia baja o confiable para las frecuencias altas. La instalaciones delNEC se enfocan en un diseño de frecuencias baja desde CD a pocos kilociclos.Para analizar la impedancia “Z” de un conductor a frecuencia alta sabemos quela impedancia es igual a:

Z = R + j L

De nuevo a frecuencia baja el valor de la resistencia R es el valor predominantede la impedancia del circuito y a frecuencias altas, la resistencia es despreciabley la inductancia L es el valor predominante de impedancia del circuito.La conexión a tierra se requiere para la seguridad personal y prevención deincendios, pero no para la prevención de daños causados por descargas


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atmosféricas. En esta guía repasaremos la norma del NFPA 780 – Edición2000. Esta norma proporciona la Instalación del sistema de protección contralas caídas de rayos y complementa al NEC. El NFPA es la Agencia dePrevención de Incendios Nacional. En esta guía repasaremos las instalacionesde protección contra rayos del NFPA 780. Una caída directa daña a los equipos,

o sistemas eléctricos y puede causar un incendio. El propósito del sistema deprotección de rayos, es de desviar las corrientes excesivas del rayo asía la tierraen dirección opuestas a las cargas del sitio. El sistema de protección se diseñapara reducir la cantidad de corriente que puede entrar en el sitio. Llevando lacorriente del rayo en dirección a suelo físico lejos de las cargas del sitio.

Además repasaremos la norma ANSI. C62.41 –2002, esta norma es PrácticasRecomendadas para Controlar el Sobre Voltaje Transitoria a través de losSupresores de Transitorias. Además de la corriente de rayos los transitorias soninducidos por conmutación de cargas internas o externas.

1.3 PROPOSITO DE ATERRÍZAJE DE SISTEMA DE POTENCIA CA

Como previamente mencionamos, el propósito del NEC es la seguridad personaly prevención de incendios. Para unos medios seguros, la instalación del sistemaCA y conexión a tierra requiere:

Estos requerimientos son necesarios para el alambrado y la tierra del sitio. Elsitio debe de ser protegido de las sobre cargas y el corte circuito. El cortocircuito resulta de problemas de calidad de energía que finalmente afecta ycausan interrupciones, danos o corte circuito al equipo.

1.3.1 PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS

Se requiere un diseño que reduzca el riesgo de incendio a un mínimo. Unsistema apropiadamente diseñado, incorporará componentes de proteccionespara corrientes de corte circuito. Los componentes de protección de cortecircuito normalmente usa fusibles o interruptores electromagnéticos. Elfuncionamiento de estos componentes, requieren que la corriente de cortocircuito, retorne a través de la tierra de seguridad. La tierra de seguridad deberetornar la corriente de falla hasta la fuente de potencia. Un calor excesivo en elpaso de la corriente de corte circuito, puede causar un incendio si existenconexiones inapropiadas. El calor se expresa como energía, el producto de lacorriente y la resistencia del cable de tierra y de fase con la expresión I 2R.Donde, la corriente es el valor “I” en el cable de tierra de seguridad y fase, y la

Protección contra incendioPrevención de un corte circuito personalProtección de falla para los equiposProtección contra rayoControl de ruido en el sistema de tierraLimite de volta e alto en sistemas CA


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resistencia de la tierra de seguridad, fase y todas las conexiones en esta vía delcorto circuito es de valor “R”. Un incendio puede resultar deun daño a uncomponente de equipo que resulta en un sobre voltaje temporal o permanente alequipo. Vea ejemplo siguiente.

Un interruptor apropiadamente diseñado de acuerdo a la valuación actual delNEC Tabla 310 –16, debe de abrir en un periodo de 3 a 5 ciclos bajo corrientesde corte circuito aceptable dentro de las curvas de I-T del interruptor. La curva I-T del interruptor nos proporciona en tiempo (T) en que abre el interruptor bajo lacorriente (I) de corte circuito.

1.3.2 ATERRÍZAJE PARA PREVENIR EL CHOQUE ELECTRICO

El choque personal se puede prevenir y limitarse con protección de corte circuitoy el aterrizaje apropiado de la tierra de seguridad. Si el personal estaapropiadamente aislado del corte circuito, puede ser protegido. Sin embargo,esto no es práctico y un aislamiento de los gabinetes metálicos es costoso. Paraproporciona un sistema seguro, necesitamos desconectar el sistema bajo cortecircuito rápidamente de la potencia. Para que esto ocurra, la corriente de falladebe subir lo suficiente para abrir el interruptor rápidamente. El gabinetemetálico del equipo puede subir a un potencial de voltaje poniendo la vidahumana en peligro si no se desconecta la potencia. Si la corriente de corto

Voltios = Ohmios X Amperios,

Voltios/Ohmios = Amperios

Ejemplo: 120 Voltios/0.3 ohmios = 400 amperios

A 400 amperios, el voltaje a un extremo de un conductor cuya impedancia es0.3 ohmios es 120 voltios. Si el calor producido por esta corriente no seinterrumpe, el daño al aislamiento ocurre. La corriente se puede interrumpir

por un fusible o interruptor electromagnético. Podemos calcular el calordisipado en el conductor, por la siguiente formula I2 X R = Vatios (en calor).En este ejemplo, el calor disipado en el conductor eléctrico es:

400 X 400 X 0.3 = 48,000 Vatios

Vatios / 1000 = 48 kilovatios

48 kilovatios, es una condición excesiva de calor. Este calor puede causar unincendio si no se elimina o choque personal a humanos en contacto con elgabinete energizado del equipo.


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circuito retorno por una resistencia alta, a la fuente de potencia, el gabinetemetálico se puede elevar al voltaje del sistema CA (120 voltios RMS). Elgabinete permanecerá inseguro hasta que el interruptor de protección se abre.En alguna instalación, esto no puede ocurrir si la tierra de seguridad no es debaja resistencia (impedancia). El interruptor puede tomar varios ciclos,

segundos o minutos en abrir. Esto depende de la corriente de falla disponible. Aparte, de un voltaje continuo que puede existir en un gabinete del equipo, elvoltaje del gabinete esta directamente conectado a línea de señales queconectan a otros equipos de comunicación. Esto puede resultar en danosexcesivos del sistema de comunicación.

Para evitar contacto con un gabinete energízdo y prevenir un coque, el cable detierra de seguridad conectado a la barra de tierra en la fuente, debe tener unretorno directo para la corriente del corto circuito. Un camino de resistencia bajaen el cable de tierra de seguridad. Esto es deseable para operar el interruptor enun tiempo apropiado de tres a cinco ciclos (vea la figura 1.1).

Examinemos un circuito de rama de 20-amperios con una carga de 10-amperios.Si la resistencia de los cables de fase, neutro y tierra son igual a 0.15-ohmios,podemos calcular la corriente en corte circuito. Bajo una carga normal todoopera normal y la fase y neutro retorna la corriente de carga de 10-amperios a lafuente de potencia. El cable de fase y el neutro se conecta a través de la cargacon el conductor de tierra conectado al chasis del equipo (tierra de chasis). Unsobre voltaje puede causar daño a componentes causando una condición de

NEC 250.52

NEC 250.110 T.S.NEC 250.28

NEC 250.2

Una tierra confiable es necesaria y es un retorno permanente y continuo defrecuencia baja. El cable de tierra debe de tener la capacidad para soportar lacorriente de falla y debe de poder llevar la corriente de falla del equipo al sistemade potencia que alimenta el corte circuito.

FORMA DE EVITAR EL CHOQUE ELÉCTRICO

Figura 1.1


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corto circuito. Esto resulta en el contacto del cable de fase al chasis que estaconectado a la tierra de seguridad (vea la figura 1.5). Bajo esta condición defalla, la fuente ve una resistencia total de 0.3 (0.15 Fase + 0.15 tierra),esta es la resistencia total del cable de fase y tierra de seguridad. Estaresistencia proporciona una corriente de corto circuito de 200-amperios,

causando un bajón al gabinete de 60 voltios, y 60 voltios de pérdida de voltajepor la tierra de seguridad, una pérdida total de 120 voltios RMS. Una persona encontacto con el gabinete se puede elevar a este voltaje permaneciendo enparalelo con la tierra de seguridad por solamente 3 a 5 – ciclos. El circuito seabre, proporcionando la seguridad contra choque al personal. Vea a la figura1.2.Por otro lado, si el cable de tierra de seguridad se desconecta del chasis de lacarga electrónica sensible, la corriente del corto circuito generada no sería lo

suficiente para abrir el interruptor de 20-amperios. Si nosotros asumimos unaresistencia del cuerpo humano de 1500-ohmios, la corriente del corte circuitogenerada será de 80 milli-amperios (vea la figura 1.6). Sin embargo estacorriente puede ser letal al cuerpo humano y el cuerpo se expondría a 120voltios RMS. Cinco milli-amperios pasando a través del corazón puede causar lamuerte. En este ejemplo tenemos más de esa cantidad de corriente. Además, siestamos en condición de humedad alta, la resistencia del cuerpo puede serhasta 500 ohmios. A esta resistencia el corto circuito actual a través del cuerpohumano puede aumentar a 240 milli-amperios. De nuevo, de seguridad personalal cuerpo humano.

CORRIENTE DE CORTE CIRCUITOCorriente de Corte Circuito = 120V/(0.3 +0.3 ) = 200 AMPSVoltaje de Chasis del Equipo (200A x 0.3 ohmios) = 60.0 Voltios60 Voltios - por 3 a 5 ciclos (abre el interruptor)

60 Voltios

60 Voltios

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NEC 250.28


NEC 250.110 T.C.

Figura 1.2


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EFECTOS DE CHOQUE EN PERSONAS

Table 6.1

Aplicado a la Piel

6 Amperios +

0.1 to 2-3 Amps.

50 Milliamperios

16 Milliamperios

1 Milliamperio

100 Microamperios

10 Microamperios

Reducción del myocardial sostenida seguido por ritmo normal.Parálisis respiratoria temporal. Quemaduras en área contacto.

Fibrillation ventricular. Centro respiratorio intacto.

Dolor, desmayo, lesión mecánica. Corazón y funciónrespiratoria intacto.Contracción del músculo.

Sentido de percepción; sensación

Fibrillation ventricular

Fuga de corriente máximo recomendada para pacienteconectado a equipo bio-médico.

Tabla 1.1

CORTE CIRCUITOCORRIENTE DE CORTE CIRCUITO = 120V/(0.3 +1.5K ) = 8 MILLIAMPERIOSVOLTAJE EN CHASIS DE EQUIPO (8 MILLIAMPS x 1.5 Kohmios) = 120.0 VoltioSINTERRUPTOR NO ABRE

NEC 250.52

NEC 250.28


NEC 250.110 T.C.

0.024 Voltios

119.97 Voltios

8 MILLIAMPERIOS

Figura 1.3


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1.3.3 PROTECCIÓN PARA CORTE CIRCUITOS EN EQUIPOS

La protección para corte circuitos en equipos se proporciona a través del cablede tierra de seguridad. Tenemos que asegurarnos que el cable de tierra deseguridad nunca se desconecte de chasis del gabinete y que ese cable retorne

al tablero y a la barra de tierra del tablero donde se encuentra el interruptor quealimenta a la carga.

Hay muchas instalaciones, donde el ruido eléctrico en la tierra de seguridadcausa operación desconfiadle al equipo. Este ruido en la tierra de seguridadresulta en interrupciones al sistema de comunicación. En muchos casos, paraeliminar el ruido del equipo, el personal remueve la conexión al cable de tierraque aterriza el chasis del gabinete a la fuente y al suelo físico. Este causa unaviolación del NEC y resulta en una instalación insegura a la seguridad personal.Esta sugerencia nunca se debe de hacer ya que es una violación del código ypone en riesgo a personas. Cuando se remueve la tierra de seguridad y el

equipo sufre un daño causado por un sobre voltaje, la corriente del corte circuitono será lo suficientemente alta para abrir el interruptor debido a que el retornopor la tierra de seguridad es un circuito abierto y el único retorno que existe es através de suelo o puesta a tierra. Esto causa un retorno de resistencia alta yaque la puesta a tierra en el equipo y en la fuente es de varios ohmios. Parareducir el ruido que existe en cables de tierra, se puede colocar untransformador aislador o con un cable de tierra aislada. Esto lo veremos masadelante.

La figura 1.4 demuestra la tierra de seguridad que comienza en la barra de tierradel interruptor principal del sitio y continúa aguas abajo a transformador aislador.La tierra de seguridad continúa aguas abajo a la barra de tierra en tableros


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primarios y secundarios. De ese punto la tierra de seguridad continúa hasta losenchufes o hasta los interruptores que alimentan a las cargas. La tierra deseguridad debe de ser integra, sin interrupción, con conexiones de resistenciabaja desde la fuente hasta las cargas mas lejana de la fuente.

Los cables de tierra de seguridad deben de tener una resistencia baja paragenerar una corriente de falla adecuada normalmente 10 veces mayor aqueltamaño del interruptor que alimenta la carga. Por ejemplo un interruptor de 20amperio donde una carga en corte circuito genera una corriente de 200 amperioses 10 veces el tamaño del interruptor. La resistencia del corte circuito en cabletotal de fase y tierra de seguridad es igual a 120 voltios entre 200 amperios o 0.6ohmios. Asumiendo que la longitud del cable de fase y la tierra de seguridadson de la misma longitud, cada longitud tendría una resistencia de 0.3 ohmios.

1.3.3.1 TAMAÑOS MINIMO DE CABLES DE TIERRA – NEC 250.122

La Tabla 250.122 de NEC proporciona los tamaños mínimos para los cables detierra de seguridad basados en los amperios del circuito. Una consideracióndebe tomar en cuenta la longitud máxima permitida del circuito de instalación ylas corrientes de corte circuito necesaria para abrir el interruptor o fusiblesrápidamente para proteger vida humana y prevenir incendio.

Tabla 250.122 Tamaño Mínimo de Cables de TierraPara Aterrizar la Tubería Metálica o Equipo

Tamaño de Interruptor AutomáticoDel Circuito de Cargas Tamaño delDelante de Equipo, Calibre del Cable (AWG o kcmil)

No excediendo Aluminio o(Amperios) Cobre Cobre-vestido *

15 14 1220 12 1030 10 840 10 860 10 8

100 8 6200 6 4300 4 2400 3 1500 2 1/0600 1 2/0800 1/0 3/0

1000 2/0 4/01200 3/0 250


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Tabla 250.122 Tamaño Mínimo de Cables de TierraPara Aterrizar la Tubería Metálica o Equipo

Tamaño de Interruptor AutomáticoDel Circuito de Cargas Tamaño del

Delante de Equipo, Calibre del Cable (AWG o kcmil)No excediendo Aluminio o

(Amperios) Cobre Cobre-vestido *

1600 4/0 3502000 250 4002500 350 6003000 400 6004000 500 8005000 700 1200

6000 800 1200La Tabla 250.122 de NEC ilustra el tamaño recomendado del cable de la tierrade seguridad basado en el tamaño del interruptor del circuito.

Sección 250.4 del NEC repasas los Requisitos Generales para el aterrizaje y lasconexiones. (A) Sistemas aterrados.

(3) La Unión de Equipo Eléctrico. Materiales conductivos que no pasan corrienteencerrando a conductores eléctricos o equipo, o formando parte de tal equipo,se conectará junto y a la fuente de la potencia del suministro de una manera queestablece una tierra efectiva de retorno de corriente de corte circuito.

(4) La Unión de Materiales Eléctricamente Conductivos y Otro Equipo. Seconectarán materiales eléctricamente conductivos que probablemente sepuedan energizar juntos y a la fuente del suministro eléctrica de una manera queestablece una tierra-efectiva de retorno de corte circuito.

(5) Tierra-de Corte Circuito Efectiva. Equipo eléctrico y alambrando y otromaterial eléctricamente conductivo probablemente que se pueda energizar seinstalarán de una manera que crea un permanente, circuito de impedancia bajacapaz de asegura y llevar la corriente de corte circuito máxima a la fuente depotencia. El suelo no se usará como el equipo solo de conexión a tierra o tierra-efectiva de retorno de corte circuito.

1.3.4 PROTECCIÓN CONTRA RAYOS

Se puede reducir los daños de equipos dentro del sitio diseñando un sistema deprotección para caídas de rayos directa al sitio. La norma actual es el NFPA780-Edición 2000. Este documento repasa el propósito, diseño, construcción y


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materiales que forman un sistema de protección contra caídas directa de rayos.La protección del rayo directa incorpora puntos de aire, llamado para rayos queson unidos junto con conexiones de alta integridad para crear una jaula o escudoalrededor del sitio. EL propósito del sistema de protección de caídas de rayo esllevar la energía del rayo al suelo y en dirección opuestas a las cargas del sitio.

La corriente del rayo es típicamente 20,000 amperios con dos a tres sobreimpulsos de corriente de un tiempo de 350 microsegundos o menos. El rayo semanifiestan en el sistema eléctrico entre fase a neutro y neutro a tierra. Lacorriente del rayo puede ser tan alta como unos 200,000 amperios y el númerode impulsos máximo grabado de una sola descarga es de 24 impulsos de sobrevoltaje y corriente.

El sistema de protección contra rayo apropiadamente diseñado desviará lacorriente mayor del rayo a la tierra o suelo. Con un sistema de protección derayo, una corriente mínima puede entrar al sitio. Esta corriente que entra al sitiose puede controlar para proteger las cargas con supresores de sobre voltaje y

corriente transitorias instalados en líneas de potencia CA, CD, telefónicas, ydatos, etc., Estos protectores manejan las corrientes disipan la energía yprotegen los equipos.

Un sitio puede que no tenga protección contra caídas de rayos directa. Elsistema, protección de rayos se tiene que unir a la puesta a tierra del sitio,sistema del electrodo requerido por el código, Sección 250.106 de NEC. Esto seexige para obtener una tierra de potencial igual y para prevenir una descargaentre sistemas metálicos cercanos que las tierras no estén unidas. Vea la figura1.5.


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Descarga estática lateral entre cuerpos de metal que no están unidasgarantizado una diferencia en potencial entre el cuerpo que recibe el rayo y elcuerpo de metal que no. El cuerpo que recibe el rayo se elevará a un voltajeque es el producto de la corriente del rayo (di), la inductancia del metal al suelo

(L), y el tiempo en que se eleva la corriente del rayo (dt). El voltaje delevantamiento se calcula con la siguiente formula:

VL = L di/dt = 0.000005 H (20,000 A / 0.000010 S) = 10 kV

VL - es el voltaje al que el cuerpo de metal es elevadoL - es el valor de inductancia de metal al suelodi - los amperios de la onda del rayo típicamente entre 20 a 200 kilo-amperiosdt - es el tiempo en que se eleva la corriente a su pico máximo, normalmente de1 a 10 micro-segundo

Vemos que la única forma de reducir el voltaje de levantamiento es reduciendola inductancia a tierra del circuito. Esto requiere conexiones de frecuencia altasque requiere un conductor con una superficie amplia o varios conductores enparalelo pueden proporcionar una superficie amplia total.

1.3.5 CONTROL DE RUIDO EN CABLES DE TIERRA

En sitios, conexiones múltiples a tierra son parte de la instalación del sistema detierra. Las conexiones a tierra ocurren a través de la estructura de acero, tuberíade agua, tanques metálicos, electrodos empotrados en hormigón, varillas detierra, etc. Cuando estas tierras no están interconectadas o unidas y un equiposensible se conecta a dos puntos de tierras independiente, problemas se puedenpresentar al equipo debido a que este aterrizaje a dos puntos puede estar apotenciales diferentes. La conexión a dos puntos de tierras puede introducircorrupción de dato, errores de programas e interrupciones de operaciones.Cuando la diferencia de potencia es severa, en el caso de una caída de un rayoal sistema de tierra, danos al sistema lógica del equipo pueden ocurrir.Potenciales entre puntos de tierra pueden causar problemas para el circuitológico. Estas diferencias en potencial aparecen como ruido, transitorias, ruidode hum, etc. Todo esto puede resultar en operación de mal funcionamiento.

Un sistema de potencia opera con una frecuencia fundamental de 60 ciclos por

segundos. Con ruido en frecuencia baja, el cable utiliza el área completa delcable para pasar la corriente de frecuencia baja. A frecuencia alta, el cableadocambia sus características y la corriente no utiliza el área completa del cable. Lacorriente tiende a usar la superficie del cableado solamente a través que lafrecuencia del ruido sube. A frecuencias de radio (RF), los cables expuestos alambiente responden como una antena recibiendo y transmitiendo señales. Estointroduce ruido en los circuitos lógico por la tierra de seguridad expuesta a


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señales RF. Estos cables están directamente conectados a chasis del equipo,la referencia del circuito digital lógico.

La corriente pasa a través de cables de potencia y señal debido a las diferenciaspotenciales que pueden existir en la tierra. Conexiones múltiples a tierra a

través del sistema de tierra conectadas a equipos de comunicaciones, dondehay traslado de información causa vueltas de corriente en la tierra (groundloops). Los cables de señal son más sensibles al ruido en la tierra. El ruidopuede variar en un rango amplio de frecuencia baja a alta. Las caídas de rayocrean sobre impulsos y ruido en una frecuencia de 100 mil ciclos a 1 millón deciclos. El ruido de muchos equipos interconectados al sistema de tierra generaruido a frecuencias en el kilo-ciclo. En esta guía, repasaremos los problemasde ruido en el sistema de tierra del sitio. Repasaremos

1.3.5.1 CORRIENTE INACEPTABLE

El conductor de tierra de seguridad nunca debe pasar corriente de carga deequipo. Miles de muerte, ocurren anualmente con conexiones inapropiadas detierra de seguridad. Una conexión de neutro ilegal a tierra de seguridad dentrode un equipo, o dentro de un enchufe, o dentro de un tablero secundario puedeelevar los gabinetes metálicos causando el flujo de corriente por la tierra deseguridad convirtiéndose en un riesgo de seguridad. Una conexión de neutro atierra sólo se permite en la fuente de potencia o el primer interruptor aguas abajode la fuente de potencia o en un sistema derivado separado. Esto se repasaramas tarde en otra sección de esta guía comprensiva.

El toque de sensibilidad del voltaje en humanos ocurre alrededor de unos 60voltios RMS o más. Por esta razón es que el Código Eléctrico Nacional requiereque sistemas de potencia operando a 50 voltios o más sean aterrizados. Unaresistencia alta en la vía de cable de la tierra de seguridad, puede causar unlevantamiento del voltaje en el retorno conectados a los gabinetes de equipos enel caso de un corte circuito. Por ejemplo, una tierra de seguridad con unaresistencia de 6-ohmios solamente pasara 2 amperios de corriente de falla Estacorriente no abrirá el interruptor ya que 120 voltios entre 6 ohmios es igual a 2amperios y el chasis estará energizado a 60 voltios o mas. Si esta potencia nose elimina, ocurre un choque eléctrico al tocar el gabinete y nos convertimos enuna carga a tierra en paralelo con la carga energizada. Todos los gabinetes queestén interconectados a través de cables de señal estarían expuestos al voltajedel gabinete energizado a través del escudo de los cables de señal del sistemade comunicación. Por otro lado, si la tierra de seguridad y cable de fase tiene

Aislamiento / Cables de tierra aisladaTécnicas de aterrizaje a un punto únicoEl aterrizaje apropiado del escudo del cable de la señalRuido modo comúnTransformadores de Aislamiento sin y con escudo


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una resistencia de 0.5 ohmios, un corte circuito de 240 amperios abrirá elinterruptor tumbando la tensión de la línea y protegiendo a vida humana.

NEC 250.6 Corriente Inaceptable en Cables de Tierra.

(A) El arreglo para prevenir la corriente inaceptable de corriente de carga en latierra. Las conexiones a tierra de sistemas eléctricos, se instalarán aprotectores de transitorios, y a tuberías y gabinetes metálicos que puedenpasar corrientes transitorias y de corte circuito pero no corriente inaceptable,como corriente de carga. Los equipos se colocarán de una manera queprevendrá la corriente inaceptable de carga al pasar por la tierra deseguridad o paso de tierra.

(B) Alteraciones para detener corriente inaceptable. Si el uso de múltiploconexiones a tierra resulta en corriente inaceptable, uno o más de lasalteraciones siguientes se permitirá ser hecho, con tal de que los requisitos

de 250.4(A)(5) o 250.4(B)(4) se reúne:(1) Discontinua uno o más pero no todas tales conexiones a tierra.

(2) Cambie los puntos de las conexiones a tierra.

(3) Interrumpa la continuidad del conductor o el camino conductivo queinterconectan las conexiones a tierra.

(4) tome otra acción aprobada que no este en conflicto con el código.

1.3.6 LIMITE DEL VOLTAJE ALTO

Hay varios sistemas de potencia CA en líneas externas que están instaladoscerca de las líneas de tensión baja proporcionando un riesgo de contacto. Paralimitar el voltaje en conductores de potencia en la fase, el NEC 250.4 (A) (1)requiere aquel sistema de potencia sea aterrizado (vea la Figura 1.6). Lossistemas de potencia CA deben de aterrizarse para prevenir un incendio, uncorte circuito y daño a los equipo. Una fuente que no esta aterrizada CA oflotante, puede elevase varios mil voltios durante una caída del rayo o porcontacto con cables de tensión mediana o alto. El levantamiento del voltaje deun sistema que no esta aterrizado puede causar daños a equipos que operandentro de un rango de pocos voltios. El NEC requiere aquel sistema de potenciaCA se aterriza en la fuente de entrada o en el interruptor principal a la entradadel sitio (vea la figura 1.6). El cable neutro (barra de neutro) dentro delinterruptor principal, se aterriza al suelo por mediación de un cable de tierra. Elneutro aterrizado nos proporciona la referencia 0 voltios de sistema de potenciaCA. Los cables de fases están en referencia al cable de neutro a través de lasbobinas del transformador fuente de potencia del sitio. En caso de que un cablede fase o otro sistema de potencia tensión mediana o alta cercano haga


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contacto con el neutro o un cable de fase, un corte circuito resultará causandoque se abra el interruptor en falla. Un sistema de potencia aterrizado evitara unacondición de voltaje alto de la tierra del sistema de potencia CA.

Por consiguiente, el aterrizaje de sistema de potencia limita la referencia de

sistema de potencia CA y todos los cables que están interconectados a sistemade tierra. En la figura 1.6, el transformador que suministra la potencia al sitio

instalado en el poste esta aterrizado a su bajante. A la entrada principal en elmedidor de energía, el neutro esta aterrizado al suelo. Esta conexión a tierra ala entrada complementa la conexión a tierra del transformador instalada con elbajante en el poste.

Aparte del aterrizaje la fuente de entrada al sitio, los transformadores aisladoresdentro de un sitio de más capacidad requieren ser aterrizados. Untransformador es una fuente derivada separada que requiere ser aterrizada delacuerdo a los requerimientos del NEC. El transformador aislador normalmentese conecta puesta a tierra a través de la estructura de acero dentro del sitio.1.4 TIERRA DE SISTEMAS DE POTENCIA CA

El Código Eléctrico Nacional define los tipos de sistemas que necesitan seraterrizados. Bajo el NEC 250.20 (B) pertenece los sistemas de potencia decorrientes alternas (CA) cuyo voltaje es entre 50 a 1000 voltios RMS. Estos


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sistemas de potencia son los más comunes en el medio ambiente eléctrico detensión baja.

250.20 Circuitos de Corriente Alterna y Sistemas Aterrados.

B) Sistemas de Corriente Alterna de 50 Voltios a 1000 Voltios. Los sistemas decorriente alterna de 50 voltios a 1000 voltios que proporcionan el alambrado ysistemas serán aterrizados bajo las siguientes condiciones.

(1) donde el sistema puede ser aterrizado para que el voltaje máximo a tierra enlos conductores no aterrizados no es más de 150 voltios

(2) donde el sistema es 3-fases, 4-hilos, conexión estrella donde el neutro se usacomo un conductor del circuito

(3) donde el sistema es 3-fases, 4-hilos, conexión delta – delta

1.5 ATERRÍZAJE DE POTENCIA MONO FÁSICA

La figura 1.7 esta debajo del NEC 250.20 (B) (1). El transformador monobásicose usa usualmente en acondicionador de potencia, fuentes de potenciacontinuas, y otros equipos de calidad de energía. El transformador aísla loscables de fase del las bobinas de entrada a las bobinas de salida deltransformador. El transformador aislador puede suministrar varios voltajes desalida como 220 o 120 Voltios RMS. Para los equipos de comunicación digitalel voltaje requerido es normalmente 120 Voltios RMS.

ENTRADA SALIDA

O1

O2

O1

O2PUESTA A TIERRA

NEC 250-20 (B) (1) se áplica a sistemas eléctricos que operan en fase a tierrade 150Vrms o menos. Esto áplica a 120/240 VRMS sistemas monofásico.

TIERRA MONO FÁSICONEC 250.20 (B) (1)

Figura 1.7


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La figure 1.8 demuestra una conexión bajo el NEC 250.20 (B) (1). La fuente depotencia normalmente se llama una fuente dividida monofásica. Este tipo defuente de potencia sirve a cargas hasta 75-kVA en capacidad o menos. Elcentro de la bobina secundaria es aterrizado al suelo y el voltaje de cada unosde los cables no aterrizados es de 120 voltios RMS. El voltaje entre los cablesno aterrizados es de 240 voltios RMS.

1.6 ATERRÍZAJE EN POTENCIA TRES FÁSICA DELTA-ESTRELLA

La figure 1.9 cae debajo de la sección del NEC 250.20 (B) (2). El voltaje deentrada a la bobina primaria se conecta delta y estrella en la bobina secundaria. Este tipo de fuente de potencia es para cargas mono y tres fásicas. Todas lascargas monofasicas se conectan entre la fase y neutro (punto Xo) del ladosecundario del transformador. La bobina primaria en muchas ocasiones seconecta en forma estrella, sin embargo la conexión delta proporciona elaislamiento mejor para reducir los problemas de calidad de energía que existenen el lado primario del transformador.

Este sistema de potencia proporciona voltajes como el 120/208, 220/380,277/480 estrella para cargas mayor de150-kVA. De fase a neutro el voltaje es120, 220 o 277 Voltios RMS mientras que de fase a fase el voltaje es de 208,380 o 480 Voltios RMS. Los sistemas delta-estrellas normalmente son parasuministrar energía a sitios donde un gran por ciento de las cargas son mono-fasicas.

PUESTA A TIERRA

O1

O2

O1

O2NEC 250-20 (B) (1) se áplica a sistemas eléctricos que operan de voltaje de fáse a tierra de150V rms o menos. Esto se áplica a 120/240 VRMS sistemas mono fásicos.

TIERRA MONO FÁSICO - DIVIDIDONEC 250.20 (B) (1)

Figura 1.8

ENTRADASALIDAXo


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1.7 CONSIDERACIONES DEL NEUTRO PARA CARGAS ARMÓNICAS

Antes de la gran proliferación de cargas electrónicas, el cable neutro no eraconsiderado un conductor de corriente de carga. El cable neutro normalmentecargaba las corrientes des-balanceadas monofásicas del sistema tres fasico.Distribuyendo las cargas monofásica igual en cada una de la fase cancelaba lacorriente en el conductor de neutro. La Tabla 310-16 de NEC, proporciona elvalor de la capacidad de los conductores basados en la clase de aislamiento deconductor.

Hoy, las cargas electrónicas usan fuentes de potencia no-lineares. Estasfuentes de potencia producen corriente en el neutro. La corriente en neutro tieneun patrón de frecuencia múltiples a la corriente fundamental de las cargas de 60-ciclos llamadas la corrientes armónicas (armónicas -180, 300, 420, 540-ciclos).La corriente armónica es de preocupación en los transformadores tres fásicos

donde una corriente de 180 ciclos circula. Esta corriente resulta en la suma decada corriente individual de cada fase en el neutro. Simplemente si tenemos100 amperios de corriente de 180 ciclos en cada fase, la corriente de 180 ciclosque aparece en el neutro teóricamente puede ser de 300 amperios. El resultadoes que por más que se balancee las cargas monofásicas, la corriente de 60ciclos cancela pero la de 180 ciclos se suman. Esto resulta porque una corrientede 180 ciclos repite su señal cada 120 grados y esta es la misma separación

NEC 250-20 (B) (2) se áplica a 220/380VRMS VRMS tres fásicos estrella

TIERRA DE DELTA - ESTRELLANEC 250.20 (B) (2)

Figura 1.9

N

A

B

C

ENTRADA SALIDA

A

C

B

TIERRA

PUESTA A TIERRA

Xo


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angular que existen entre cada una de la fases de un sistema de 60 ciclos y espor esto aquel NEC considera al conductor neutro, como un conductor de carga.

Bajo la sección 310.15 (B) (2) (a) del NEC se limitan la cantidad de conductoresmúltiples de potencia que pueden estar encerados en una tubería metálica. Tres

cables de fase con un neutro en una tubería metálica, cuentas como 4 cables decarga. El NEC 310.15(B)(2)(a) requiere desminuir a 70% de la valuación actualdel conductor mostrada en la Tabla 310-16. Dos líneas tres fásicas con un totalde 8 conductores en la misma tubería metálica requieren desminuir la capacidadde los conductores al 70% de su valuación.

En sitios con densidad alta de cargas mono-fásicas armónicas, el voltaje entre elneutro y la tierra de seguridad en un tablero, enchufe, o interruptor donde elneutro y la tierra no deben de estar unido puede tener una diferencia de voltajesignificante de ruido del modo común. El voltaje de neutro a tierra de seguridadpuede levantarse más de lo normal debido a las corrientes armónicas que correnpor el neutro. El voltaje entre el neutro y la tierra puede estar entre 2 a 10 voltiosRMS. El voltaje de pico a pico viene siendo un factor de 2.82 del valor RMS.Para un voltaje de 10 Voltios RMS, el valor de pico a pico es de 28 Voltios. El

Temperatura de Conductores (Vea la Tabla 310.13.)Tipos Tipos RHW, Tipos TBS,SIS Tipos Tipos RHW, Tipos TBS,SIS

TW, UF THHW, THW, SA, FEP, FEPB, TW, UF THHW, THW, SA, THHN,THWN, XHHW, MI, RHH, RHW-2, THWN, XHHW THHW, THW-2,USE, ZW THHN, THHW, USE THWN-2, RHH,

THW-2, THWN-2, RHW-2, XHHW,USE-2, XHH, XHH, XHHW-2,XHHW, USE-2, ZW-2XHHW-2, ZW-2

60°C 75°C 90°C 60°C 75°C 90°C(140°F) (167°F) (194°F) (140°F) (167°F) (194°F)

Tamaño AWG Tamaño AWGo kcmil COBRE ALUMINIO O COBRE-CLAD ALUMINIO o kcmil

18 — — 14 — — — — 16 — — 18 — — — — 14* 20 20 25 — — — — 12* 25 25 30 20 20 25 12*10* 30 35 40 25 30 35 10*8 40 50 55 30 40 45 86 55 65 75 40 50 60 64 70 85 95 55 65 75 43 85 100 110 65 75 85 32 95 115 130 75 90 100 21 110 130 150 85 100 115 11/0 125 150 170 100 120 135 1/02/0 145 175 195 115 135 150 2/03/0 165 200 225 130 155 175 3/04/0 195 230 260 150 180 205 4/0250 215 255 290 170 205 230 250300 240 285 320 190 230 255 300350 260 310 350 210 250 280 350400 280 335 380 225 270 305 400500 320 380 430 260 310 350 500600 355 420 475 285 340 385 600700 385 460 520 310 375 420 700750 400 475 535 320 385 435 750800 410 490 555 330 395 450 800900 435 520 585 355 425 480 9001000 455 545 615 375 445 500 10001250 495 590 665 405 485 545 12501500 520 625 705 435 520 585 15001750 545 650 735 455 545 615 17502000 560 665 750 470 560 630 2000

Tabla 310.16 Corrientes AcepTabla en Conductores Aislados de 0 a 2000 Voltios, 60°C a través de 90°C(140°F a través de 194°F), No más de Tres Conductores de Carga en via METÁLICA, Cable, o Tierra(Directamente Aterrada), Basado en una Temperatura Ambientar de 30°C (86°F)


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voltaje entre el neutro y la tierra puede causar problemas de operación algunosequipos que requieren no más que 2 voltios máximo de pico a pico.

En sitios de comunicaciones, los tableros deben medirse para determinar el nivelde ruido modo común que existes y tomar remedios para reducir este síntoma siexisten problemas. Los equipos de comunicación requieren que voltaje deneutro a tierra este a 0.7 VRMS (2 voltios pico a pico).

1.8 ATTERAMIENTO DE SISTEMAS TRES FÁSICOS DELTA-DELTA

La figura 1.10 cae bajo el NEC 250.20 (B) (3). Esta figura demuestra untransformador conexión delta-delta. Este tipo de fuente de potencia es típico ensistemas tres-fases con cargas industriales. Un sitio donde la mayor parte de lascargas son motores y un porcentaje menor es de cargas monofásicas comoiluminación, computadoras y otros. El sistema delta-delta no es un sistema depotencia común en sitios de comunicación ya que es para cargas tres fasicas.En esta configuración, para suministrar la carga monofásica del sitio, se toma elpunto central señalado por Xo en una de las bobinas del transformador y seaterriza al suelo. El bobinado primario también puede ser conectado en forma deestrella pero seria más sensibles a corte circuitos en la línea de tensión medianaintroduciendo más interrupciones al sitio. Sin embargo la conexión delta en laentrada y a la salida del transformador nos beneficia con reducciones deproblemas de calidad de energía de línea de tensión mediana (problemasexternos a sitio).

Tabla 310.15(B)(2)(A) AJUSTE PARA MÁS DE TRES

CONDUCTORES EN TUBERÍA METÁLICA

Por ciento de Valores en la Tabla 310.16 a la 310.19Número de Conductores de Corriente como ajustadó para temperatura ambientar si necesario

4–6 807–9 7010–20 5021–30 4531–40 4041 o mas 35

En la sección 310.15 (4) NEC especifica que en 4 hilos, 3 fáses-estrella el neutro

está cargado con corrientes harmónicas si el circuito está cargado con cargás no-líneales. En este caso NEC trata el neutral como un conductor de corriente de

carga.

NEUTRO CONSIDERADO UN CONDUCTOR DE CARGA DE CORRIENTENEC 310.15(4)


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1.9 SISTEMAS DERIVADOS Y SEPARADOS

Un sistema derivado separado cubierto en la sección NEC 250.20 (D) esdefinido como una fuente de potencia donde el conductor aterrizado el neutro,no tiene una conexión eléctrica directa al neutro de entrada al sitio. Paracomprender esto, considere que el neutro que es suministrado por la línea de potencia de entrada al sitio, origina en el transformador mono o tres fases. En elcaso del transformador de tres fases, esta aterrizado en configuración estrella.La conexión monofásica, está aterrizado en el punto central de la bobina de lasalida del transformador. El punto en donde aterrizamos el transformador es elpunto neutro o Xo bobina secundaria del transformador. El neutro normalmentepuede entrar como un conductor desnudo al sitio conectándose a la barra deneutro del interruptor principal. La barra de neutro del interruptor principal seconecta puesta a tierra. Si un generador o transformador aislador no son partedel sitio, el neutro no se puede aterrizar en ninguna otra parte del sitio y elcódigo requiere que sea aterrizado solamente a la entrada, interruptor principal.Una conexión a tierra aguas a bajo de fuente de entrada es una violación decódigo (NEC) y causa corrientes inaceptables de cargas en la tierra deseguridad del sitio. Esto es una condición insegura y puede terminar en choquepersonal e interferencias con equipos de comunicación y daños. En resume, elneutro se conecta en el interruptor principal y no existe otra unión del neutro a latierra si no hay un sistema derivado separado dentro del sitio.

ENTRADA

N

A

C

B

A

B

C

SALIDA

PUESTA A TIERRA

TIERRA

NEC 250-20 (B) (3) se áplica a 120/240 VRMS tres fásicos sistema abierto o cerrado.

TIERRA DE DELTA - DELTANEC 250.20 (B) (3)

Figura 1.10

Xo


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En muchos medios, los generadores de respaldo de emergencia pueden serparte del sistema de un sitio de comunicación. El generador del sitio puede o nopuede ser considerado un sistema separado derivado. Hay dos condiciones quedeterminan si la fuente de potencia (generador) es o no es un sistema separadoderivado.

Un sistema que no es derivado separado del NEC 250.20 (D) FPN No. 1 sedefine como un sistema donde existe una conexión directa del neutro de unafuente al neutro de la otra fuente. En el caso de un generador de respaldo, elneutro esta directamente conectado al neutro de la fuente de entrada a través deinterruptor de traslado de tres polos. En la figura 1.11 podemos ver lacontinuidad del neutro con conexión directa. Solamente trasladamos las tresfases y la barra de neutro del generador no se une a la barra de tierra delgenerador. La barra de tierra del generador unido al gabinete metálico degenerador lo aterrizamos al suelo. Cuando la carga del sitio se alimenta delgenerador, el neutro del generador esta aterrizado por medio de la barra de

neutro del interruptor principal que esta aterrizada al suelo (vea la figura 1.11).

Apartes de las conexión puesta a tierra que existe en el tablero principal, y elgenerador, el neutro de las líneas de entrada también es aterrado puesta a tierraen la bobinas de salida del transformador de la suministradora de energía.


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El sistema separado derivado se ilustra en la figura 1.12, y exige una conexiónentre la barra del neutro y la barra de tierra del generador puesta a tierra,cuando el neutro del generador no esta directamente conectado al neutro de la

fuente principal de entrada. Esto se proporciona con un interruptor de trasladode cuatro-polos. En un interruptor de traslado de cuatro-polos, separa el neutrode la fuente principal y el neutro de generador. La carga del sitio tiene dospuesta a tierra separadas derivadas independiente, el neutro aterrizado de lafuente principal y el neutro aterrizado del generador. Esta instalación esbeneficiosa para la carga del sitio ya que desconectamos por completo delneutro de la entrada principal que esta conectado directamente al neutro de lalínea de tensión mediana. Es conveniente que la carga esta alimentada degenerador a su neutro independiente ya que la línea de tensión mediana estasufriendo problemas de calidad de energía.


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1.10 INSTALACIÓNES PUESTA A TIERRA

La figura 1.13 ilustra los métodos más comúnes de puesta a tierra en sitios.Éstos son:

Sistemas sólidamente aterrizados – es el sistema mas común de aterrizajeusado en sitios mono y tres fásicos. Este tipo de aterrizaje induce corrientesde corte circuito altas. Este tipo de aterrizaje requiere interruptores decapacidad alta de corriente de corte circuito para alimentar a las cargas. Eneste tipo de puesta a tierra la resistencia baja de la tierra de seguridad y susconexiones es esencial para un buen funcionamiento.

Reactor aterrado – es un sistema de tierra que nos da una conexión a tierrasólida para frecuencias baja (60 ciclos) y una impedancia alta parafrecuencias alta.

Sistemas no aterrado – se usa en plantas industriales para las fuentes depotencia que alimentan a controles. Este tipo de aterrizaje requieresupervisión. Los sistemas de potencia flotante se pueden elevar con unacaída de rayo al gabinete y no son favorables en sitios de comunicación.

Resistencia aterrado – se usa in fabricas industriales donde la tierra deseguridad del sitio y puesta a tierra esta conectada al neutro deltransformador por una resistencia. La resistencia entre la puesta a tierra y el

TIPOS DE PUESTA A TIERRA

TIERRASOLIDA

TIERRAREACTOR NO ATERRADO

TIERRA PORRESISTENCIA

TIERRA PORNEUTROLALIZADOR

Figura 1.13


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punto neutro del transformador limitan las corrientes de corte circuito en elsitio. La resistencia se escoge para limitar la corriente de corte circuito,normalmente por debajo de 10 amperios RMS. El propósito de este tipo deaterrizaje es para reducir las interrupciones a cargas tres fasicas cuandoocurra un corte en unas de las fases. Anunciadores con alarmas detectan la

corriente mínima de la tierra y notifican el punto que esta bajo el corte. Lascargas tres fásicas continúan su operación con dos fases de energizadas.En este caso los motores operan sobrecargados, y los técnicos detectan elcircuito donde el corte ocurrió y hacen las reparaciones en caliente si esposible sin interrupción a la carga. Este tipo de aterrizaje no necesitainterruptores de gran capacidad de sobre corriente de corte circuito.

Neutralizador – parecido al aterrizaje con el reactor.

Los sistemas de potencia donde hay que proporcionar seguridad personal por elNEC requieren estar sólidamente conectado a tierra para abrir los interruptores

automáticamente. En sistemas tres fásicos donde no se requiere un cable deneutro para las cargas, el aterrizaje del sitio no requiere ser conectado puesta atierra con una conexión sólida. Un sistema que usa un neutralizador es parecidoal aterrizaje que utiliza un reactor. Es una conexión casi sólida a frecuencia bajay de impedancia alta a frecuencias alta. En el caso de los sitios decomunicación donde las cargas requieren un neutro, el aterrizaje puesta a tierradebe ser solidamente conectado a tierra.


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SECCIÓN 2.0

CONEXIÓNPUESTA A

TIERRA


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SECCIÓN 2.0

2.0 CONEXION PUESTA A TIERRA

En esta sección repasaremos la sección 250 de Código Eléctrico Nacional,sistemas de puesta a tierra. También usaremos la norma de ANSI/IEEE 142Prácticas Recomendadas para Aterrizar Sitios Comerciales e Industriales.

Analizaremos los métodos de puesta a tierra, el efecto del suelo en el sistema detierra y como el suelo, la humedad, la temperatura afecta el sistema puesta atierra. Un sistema puesta a tierra es importante para la seguridad del sitio, paralimitar el levantamiento del voltaje en la tierra, para protección contra descargasatmosféricas, y principalmente para la prevención de incendios, seguridadpersonal, daños de equipos sensibles e interrupción de operaciones denegocios.

2.1 INTRODUCCIÓN2.2 SISTEMA ELECTRODO PUESTA A TIERRA2.3 SUBSISTEMAS DE ELECTRODOS DE TIERRA2.3.1 SUBSISTEMA DE TIERRA TUBERIA DE AGUA2.3.2 SISTEMA DE ELECTRODO DE TIERRA ACERO STRUCTURAL2.3.3 ELECTRODO EMPOTRADO EN HORMIGON2.3.4 ANILLO DE TIERRA2.3.5 ELECTRODOS PERMITIDOS EN PUESTA A TIERRA - 250.52(A)(5)2.3.6 PLACAS DE METAL (NEC 250.52 (A)(6))2.3.7 PLACAS DE METAL (NEC 250.52 (A)(6))2.3.8 REQUERIMIENTO DE CONDUCTOR ELECTRODO DE TIERRA2.4 UNIÓNES DE VARIOS SISTEMAS DE TIERRA DEL SITIO2.5 ELECTRODO DE TIERRA2.6 RESISTENCIA DE UN ELECTRODO Y EL SUELO RODEANTE2.7 RESTIVIDIDAD DEL SUELO2.8 REQUERIMIENTOS DE ESPACIO ENTRE VARILLAS2.9 EFECTOS DE VARILLAS EN PARALELO A LA RESISTENCIA2.10 TRATAMIENTO DEL SUELO CON SAL2.11 CONEXIÓNES Y UNIONES DE CABLES DE TIERRA2.12 INSTALACIÓN DE ELECTRODOS Y CONFIGURACIÓN2.13 MÉTODO 62% CAIDA DE POTENCIAL2.14 USO DE UN NOMOGRAFO PARA DETERMINAR RESTIVIDIDAD2.15 PRUEBA DE RESISTENCIA USANDO UN EQUIPO DE 4 PUNTOS2.16 PRUEBA DE CONTINUIDAD ENTRE DOS PUNTOS2.17 MEDIDOR DE TIERRA METRO DE CLAMPA (CLAMP)2.18 PROTECCIÓN PARA PREVENIR LA CORROSION 2.19 RESUMEN DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA


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2.0 CONEXIÓN PUESTA A TIERRA

2.1 INTRODUCCIÓN

El sistema de puesta a tierra por muchos años se ha usado para la prevención

de incendios y la seguridad personal del sitio. La prevención de un incendioocurre cuando una carga en corte circuito abre un interruptor o fusible decircuito. Esta operación remueve el peligro de seguridad personal y previene unincendio. El interruptor abre ya aquel gabinete del equipo esta aterrizados y encontacto directo a la tierra de su fuente de potencia. Una puesta a tierra delsistema de potencia se adquiere cuando unimos todos los gabinetes de metal,tierra de seguridad, tuberías metálicas con la puesta a tierra. La puesta a tierraes la instalación de un conductor que conecta todo el metal muerto al suelofísico. Un sistema, puesta a tierra puede ser hecho de varillas de metal decobre, tuberías metálicas, placas de metal, estructura de acero del sitio,electrodo empotrado del hormigón, anillo de tierra en conexión al suelo, la

referencia del sitio y el punto mas bajo potencial. A través que se van conectando los sistemas de tierra al suelo físico,proporcionamos una tierra de resistencia baja para prevenir un incendio. Todolo que esta colocado arriba del suelo de metal tiene que estar unidoeléctricamente y aterrizado al suelo para prevenir un incendio. Esto esnecesario ya que un sitio o una estructura metálica colocada arriba del suelopueden causar un incendio si ese sitio o estructura le caí un rayo y hay desunión entre metales que pueden tener levantamientos a potenciales diferentes.El rayo busca todo lo que es metálico como una vía conductiva al suelo. Elsuelo es el potencial mas bajo que existe. El rayo bajo al suelo a través detodas las vía conductivas como la estructura de acero, sistema de pararrayo alpotencial mas bajo que es la tierra. En el caso que el sitio o la estructura noestén bien aterrizados, el rayo vera la vía como una resistencia alta y en esecaso puedo causar un levantamiento alto del sistema de tierra del sitio o unadescarga entre la estructura de acero y otro metal en contacto con el suelo.Esto puede causar un incendio, así que es importante que el sitio este bienaterrizados con una conexión de resistencia baja al suelo para prevenir unincendio.

En esta sección repasaremos la puesta a tierra de acuerdo al NEC querecomienda que la resistencia entre el sistema de potencia y la tierra sea de 25ohmios se es posible. NEC, recomienda esta resistencia pero no obliga a lainstalación puesta a tierra del sitio sea de este valor. En muchas industrias yparticularmente en la industria de telecomunicaciones, el valor de puesta a tierrapor norma es normalmente mucho mas bajo que esto. Por ejemplo, muchasnormas piden un valor de puesta a tierra del sitio de 5 ohmios o menos parasitios celulares y muchas centrales telefónicas piden un valor de resistenciapuesta a tierra de 1 ohmio.


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La conexión, puesta a tierra en si es una conexión de resistencia de frecuenciabaja. Esta conexión a 1 ohmio o 5 ohmios de frecuencia alrededor de 60 cicloses baja para señales de frecuencia baja. A frecuencia alta, ya no es unaresistencia pero una impedancia ya que la inductancia del aterrizaje influye en laimpedancia del aterrizaje. Lo que más afecta la resistencia de una conexión, un

conductor, etc. es la frecuencia de la señal que pasa por esa vía sistema detierra. La impedancia de esa vía cambiara de acuerdo a la frecuencia de la ondade corriente que pasa por la impedancia. Por ejemplo, si unaresistencia/impedancia del cable de te tierra es de 0.1 ohmios a 60 ciclos, a 600ciclos la resistencia será de 1 ohmio, a 6000 ciclos la resistencia será de 10ohmios y a 60,000 ciclos la resistencia será de 100 ohmios. La resistencia delconductor cambia con la frecuencia y esto no dice que se tenemos un ohmio deresistencia a tierra a 60 ciclos, una caída de un rayo con una frecuencia de600,000 ciclos tendrá una resistencia a tierra de 1000 ohmios. Para reducir estevalor de resistencia puesta a tierra tenemos que aterrizar varias vías conductivasa varillas de tierra en paralelo para proporcionar una superficie amplia para la

corriente de frecuencia alta. Esto no quiere decir que la conexión de 1-ohmio esconfiable para la prevención de incendio y seguridad personal pero necesita sermejorada para confiabilidad de equipos sensibles. Lo importa con el aterrizajedel sitio es que todo este unido a mismo punto de tierra para que la referencia atierra suba pareja para todos los equipos. Mas adelante veremos como el ruidoo señal de frecuencia alta afecta al los sistemas de comunicación sensible.

2.2 SISTEMA ELECTRODO PUESTA A TIERRA

El electrodo puesta a tierra sirve para aterrizar el sistema de potencia CA. A laentrada del sitio, los cables de fase entran con el cable de neutro aterrizado enla fuente (transformador) por el NEC 250.52. El cable de neutro necesita seraterrizado a la entrada principal de acuerdo a NEC. En el transformador de lafigura 2.1 vemos un transformador tres fasico instalados en la línea de poste consu bajante puesta a la tierra. En ese punto, el neutro de línea de poste estaunido al neutro del transformador que entra al sitio con los conductores defases. El sitio puede ser mono fasico o tres fasico con salida estrella deltransformador. El NEC requiere que el sistema de potencia CA que entra alinterruptor principal sea conectado puesta a tierra. En muchos casos en sitiocelulares, la barra de neutro en el gabinete del metro de energía es el puntodonde se aterriza el sistema de potencia a una varilla que esta conectada alanillo del sitio. El propósito de esta conexión puesta a tierra es para mantenerlos requisitos de NEC que pide un sistema de potencia solidamente aterrizadopara que el sistema de energía no este flotando. Acuérdense que para prevenirun incendio, el sistema de potencia no puede estar flotando si no estaríapropenso a un levantamiento alto que produciría descargas laterales a gabinetesaterrizados. De lo contrarío, si el sistema esta flotando, una conexión de uncable de fase al gabinete podría energizar la tierra del sitio a un voltaje letalcomprometiendo la seguridad de personal del sitio.


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La sección 250.66 del NEC nos pide que se conecte el sistema puesta a tierracon una varilla instalada en el suelo y tratar de adquirir una resistencia de 25ohmios al suelo. Si esta varilla no nos proporciona una resistencia de 25 ohmiosuna varilla adicional en paralelo será instalada y unida a la varilla inicial conconexiones exotérmicas soldadas un conexiones a compresión irreversibles paratratar de obtener la resistencia al suelo de 25 ohmios. El NEC tambiénespecifica que la separación entre las dos varillas tiene que ser no mas cercaque 6 pies (1.8 metros). A esta separación la resistencia puede bajar cerca deun 40 por ciento por cada resistencia igual en paralelo instalada. Esto quieredecir que si la primera varilla nos dio una resistencia de 40 ohmios, una segundavarilla instalada en paralelo del mismo valor de 40 ohmios, nos bajara laresistencia por un 40 por ciento de 40 ohmios o por 16 ohmios a un valor de 24ohmios. Si se colocan las varillas muy cerca, por ejemplo a unos pies,impiensan a interferir el campo de resistencia de una varilla con la otra. Esto

causa que la resistencia de las dos varillas conectadas en paralelo no baje alpunto que puede bajar. Puede ser que solamente baje por un 20 por ciento demejoría. Mas adelante veremos el efecto de la separación entre varillas.

Que pasa si la primera varilla enterada puesta a tierra nos da una resistencia de100 ohmios y al enterar la segunda varilla la resistencia solamente baja a 60ohmios, estaría la instalación dentro de lo requisitos de NEC? Claro que si, elNEC solamente requiere dos varillas en paralelo instalado en el suelo y


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reconoce que existen suelos donde una resistivididad baja no es posible. ElNEC requiere en mínimo dos varillas en paralelo aterrizada a cualquier suelopara aquel sitio no este flotando. Si un cable hace contacto con los gabinetesdentro del sitio que están aterrizados y unidos a mismo punto la resistencia alsuelo de 60 ohmios causara el levantamiento de todos los equipos del a la

misma referencia y esto es lo suficiente para la prevención de fuego y seguridadpersonal. El NEC no proporciona un sistema libre de daño ni libre deinterrupción de operaciones. Si el equipo se daña, esto n

Aterrizaje y Proteccion de Sitios Industriales

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