Youblisher.com-165834-Medici n de Impedancias

Asignatura: Laboratorio de Mediciones Eléctricas II Tema : Medición de Impedancias

Producido por: Prof. Eguren Jorge Hoja 1 de 28

Medición de impedancias Recordar que: Z=R+jX Por lo que podemos decir que la impedancia

• Depende de la frecuencia • La resistencia es una de sus componentes • La reactancia es el otro componente • La relación compleja de ambos determina z que tiene módulo y ángulo

Medición de resistencia

• Normalmente la medición de resistencia se realiza en corriente continua. • El método utilizado depende de varios factores

o Facilidad de medición o Precisión o Valor de la resistencia o Tensión de ensayo o Características especiales de la resistencia

Medición con voltímetro y amperímetro El circuito de medición depende de los errores de método debidos a la resistencia interna de los instrumentos

R

V

A

E

+

-

Rx=IxUx

=IU

- URv

Resistencias de valores grandes



R

V

A

E

+

-

Rx=IU

-Ra

Resistencias de valores pequeños

Puentes de continua: Puente de Wheatstone

• Está formado por tres resistencias de valor conocido (generalmente se utilizan cajas de décadas de resistencias de precisión) y la resistencia a medir conectadas de acuerdo al esquema y un galvanómetro que indica el equilibrio del puente al indicar que la corriente circulante entre A y B es cero, por lo que ambos puntos están al mismo potencial



G V

+

-

R2

R1

Rx

R3

A B

IA IB

21 RR

VI A +

=

RxR

VI B +

=3

( ) 221

RRR

VVA +

=

( ) RxRxR

VVB +

=3

Si VA= VB

( ) ( ) RxRxR

VR

RR

V

+=

+ 32

21

( ) ( )RxR

Rx

RR

R

+=

+ 321

2

13

11

2 +=+R

Rx

R

R

31

2

R

Rx

R

R =



1

32

R

RRRx =

Si hacemos que la relación entre R1 y R2 sea múltiplo de 10 se reduce la medición a leer la década de R3 y afectarla por el multiplicador Puente por deflexión Se utiliza para convertir una variación de resistencia en una tensión que es proporcional a esta variación. Se lo utiliza para adecuar señales de sensores que entregan valores de resistencia variables en función de la magnitud medida ej. balanzas electrónicas, sensores de temperatura PT100 etc. Consiste en un puente de Wheatstone que se ajusta a cero en un valor de resistencia que se toma como cero de tensión y el desequilibrio del puente da el valor de tensión que es proporcional a la variación de resistencia

V+

-

R2

R1

Rvar

R3

V2 V1

21

12 RR

RVV

+=

var3

var1 RR

RVV

+=

)21

1

var3

var(21 RR

R

RR

RVVV

+−

+=−

Si hacemos R1=R2=R3 y Rvar = R+∆R



+−

∆++∆+=−

RR

R

RRR

RRVVV 21

2

1

2−

∆+∆+=

RR

RRVVout

R

RRRRR

VVout

∆

∆−−∆+=2

2

222

( )RR

RVVout

∆+∆=

22

Si las desviaciones Rvar son pequeñas ∆R<<2R => 2 R+∆R aprox. 2R

R

RVVV

421

∆=−

Sensibilidad del puente =salida a máximo cambio / tensión de alimentación Máximo cambio = 2 ∆R S= ∆R / 2R Puente de hilo Es una modificación del puente de Wheatstone en donde se reemplaza una rama del divisor por un alambre de resistencia de sección constante y material homogéneo que generalmente tiene una longitud de 1 metro. Se utiliza para medir resistencias con valores de 0.5 a 50KΩ y la precisión es del orden de 0.5 a 1.5%

R

G

E1

+

-

Rx

R1 R2

L2L1



s

lLR ρ=

Por lo que podemos decir R2/R1 = L2/L1

RL

LLR

L

LRx

1

1

1

2 −==

El cursor se usa cerca del centro de la escala. Se puede hacer el hilo con forma circular y con el cursor en el centro con el objeto de hacerlo compacto

Puente doble de Thompson o puente de Kelvin Recibe ambos nombres porque Thompson era Lord Kelvin Sirve para medir resistencias de valores muy pequeños desde el orden de los µΩ hasta 10Ω con precisión de 0.1% El puente de basa en usar resistencias de cuatro terminales y disponer de un circuito de corriente y un circuito de tensión. Se realiza una medición, se invierte la polaridad y se mide nuevamente promediando los dos valores, esto se realiza por las tensiones generadas por efectos galvánicos.



R3

A

E1

+

-

R1

R

Rx

A MIx

I1

D

C

R4G

R2

Rn

BNIn

I2

R0

I0

I

I4I3

Rx es la resistencia a medir Rn es la resistencia de comparación R0 es la resistencia de unión Se tiene

• I1 = I2 • I3 = I4 • Ix = In • UAC = UAMD • UCB = UDNB

Ix Rx + I3 R3 = I1 R1 In Rn + I4 R4 = I2 R2 Si R1 = R3 y R2 = R4 Ix Rn + I3 R4 = I1 R2

4

3

2

1

)31(2

)31(1

2321

1311

R

R

R

R

IIR

IIR

RIRI

RIRI

Rn

Rx ==−−=

−−=

RnR

RRn

R

RRx

4

3

2

1 ==

R0 es pequeña frente a Rn y Rx los conductores exteriores a los contactos AMNB no afectan



Puente de Murray Se usa para verificar fallas de puesta a tierra en cables Versión para cables finos

G Lx Ly B

H

a

L

C

A

b

Lb

aLx 2=

Lb

aLxLLy )21( −=−=

Para cables grandes se conecta el galvanómetro con un cable auxiliar al punto B

G Lx Ly B

H

a

L

C

A

bL

aLLx

+=

LbL

aLxLLy )(1

+−=−=



Metodo de Wurmbach Falla entre el blindaje y el cable Cambia el sentido de la corriente que se detecta con el galvanómetro Se mide aproximado con los métodos anteriores, se excava y se determina el lugar exacto antes de cortar

G

R1

Corto entre cables Se mide con el puente doble de Thompson entre los extremos de la línea

RfRx

Rx

Ry

Ry

RL

A B

C D

Entre AC R1 = 2Rx +Rf Entre BD R2 = 2Ry + Rf



Rx = (R1- R2 + 2RL)/4

Ry = (R2- R1 + 2RL)/4

Rf = (R1 + R2 – 2RL)/2

Rotura de cables Se calcula por capacidad usando métodos impulsivos Con indicación nula del galvanómetro a/(b-a) =1/Cx / 1/(Cy+CL) = (Cy+CL) / Cx a/(b-a) = (Ly +L) / Lx

Lx = [(b-a) / b] 2L Ly = [(2a-b) / b] L

G

Cx Cy

B

CL

a

b

C

A

Rs

Medición de impedancia Método de Joubert Se obtiene la componente resistiva con una medición de continua con voltímetro y amperímetro.



A

V Z

Luego con una medición en alterna se obtiene el módulo de Z con lo que se puede calcular las componentes

A

V Z

En continua

DC

DC

I

VR =

En alterna

AC

AC

I

VZ =

22 XRZ +=

22 RZX −=



En este método se supone que el valor de L permanece constante para diferentes valores de corriente, lo cual no es del todo cierto pues su valor depende del valor de saturación del hierro y de las corrientes de Foucault. Además la onda de corriente no es totalmente sinusoidal sino que presenta armónicos que pueden originar cambios en el valor de L. Método de los tres voltímetros R es de valor conocido y Z es la impedancia a medir

Vr R

Vz Z

V

V Vz

IjwL

IRIRzI

IRVR =

22 XRIVz +=

22)( XRzRIV ++=

−

−

≅ 12

22

Vr

Vz

Vr

VRR

22

2 RVr

VzRX −

≅

Método de los tres amperímetros



A

Z R

ArAz

V IR=GRV GV

IZ

IBjV

RR VGI =

22 BGVIz +=

22)( BGGVI R ++=

−

= 1

2

2

R

Z

R

R

I

I

I

IGG

2

2

2 GI

IGB

R

ZR −

=

Puentes de alterna Circuito básico de puente Los puentes de medición de impedancia o de sus componentes derivan de los métodos de medición de equilibrio de corriente continua reemplazando a la fuente por un generador de corriente alterna y al galvanómetro por un detector como puede ser un auricular telefónico que fue reemplazado luego por instrumentos de alterna amplificados u osciloscopios. Con un puente de alterna se puede medir impedancia, frecuencia, resistencia, capacidad, inductancia, factor de mérito, factor de disipación etc.



Un puente de alterna debe alcanzar el equilibrio en módulo y fase, a la secuencia de ajustes con los que tiendo a este se llama convergencia

Z1

D

Z2

Zx Z3

i1

i2

1

2

U

21 ZZaZrrr

+=

xZZbZrrr

+= 3 En equilibrio 012 =U

r

xZIZIrrrr

211 =

3221 ZIZIrrrr

= Realizando el cociente de ambas expresiones resulta la ecuación fundamental de equilibrio

xZxZZZ ϕϕϕϕ +∠=+∠ 223131 Esta ecuación se desdobla en las de módulo y fase que se deben cumplir simultáneamente

ZxZZZ 231 =

xϕϕϕϕ +=+ 231 La primera expresión es similar a la del puente de continua y la segunda expresa la condición que deben cumplir las fases Teoría de la convergencia El equilibrio del puente se obtiene con el ajuste de una de las ramas dejando a las otras invariables. En alterna se debe actuar sobre los módulos y las fases lo que lleva a una determinada secuencia de ajustes llamada convergencia La velocidad de ella depende de la naturaleza de los elementos reactivos y del circuito utilizado Para el análisis se parte de un ligero desequilibrio de tensión U12

xZIZIUrrrrr

21112 −= Reemplazando y operando



( )xZZZZbZaZ

UU

rrrrrr

rr

23112 −=

Si consideramos que

bZaZ

Uk rr

r

=

Es prácticamente constante en las cercanías del equilibrio se obtiene el favor de respuesta generalizada D12

xZZZZDrrrrr

23112 −= D12 se anula cuando se tiene el equilibrio del puente La convergencia se puede realizar de distintas maneras, de acuerdo a que estoy midiendo es el circuito del puente empleado para lograr una convergencia más rápida Realizaciones prácticas Puente de Maxwell – Wien Se usa para medir inductancias con factor de mérito entre 1 y 10

Lx Rx

ZxQx

R1 R2

R3

C2

D

aprox 1kHz

+= 22

131 Cj

RRRxZ ω

r

2

31

R

RRRx =

321 RCRLx =

22RCQx ω=

Puente de Hay Inductancias de Q>10



Lx Rx

ZxQx

R1 R2

R3

C2

D

22

22

22

2

1

31

RC

RCRxZ

ωω

+=

r

22

22

22

2

1

321

RC

RRRCRx

ωω

+= 2

222 RCω es inferior a 0.01 y se desprecia

32122

2 RRRCRx ω=

22

221

321

RC

RCRLx

ω+=

321 RCRLx =

22

1

RCQx

ω=

Puente de Owen Rapida convergencia. Pierde exactitud por la década de capacitores



Lx Rx

ZxQx

R3

C2

D

R1C1

−=1

1132

CjRRCjZxω

ω

1C

kRx = Donde 32RCk =

1kRLx =

Puente de Schering

Cx Rx

ZxDx

R3

D

R2

C2

C1

Se usa para medir capacidad

+−= 22

1

1

3Cj

RC

RjZx ωω

1

23

C

CRRx =



13

2C

R

RCx =

22RCDx ω=

Dx es el factor de disipación que es la inversa del factor de calidad Mediciones de puesta a tierra Esquemas de conexión a tierra (Resumen reglamento AEA) Los esquemas de conexión a tierra definen la clasificación según la conexión a tierra de las redes de alimentación y de las masas eléctricas de las redes de alimentación y de las masas eléctricas de las instalaciones eléctricas consumidoras y se identifican de acuerdo con lo indicado con dos letras TT TN IT los inmuebles alimentados desde la red pública de BT son TT Conexión TT: tiene un punto del sistema (generalmente el neutro) conectado a tierra (tierra de servicio) por el proveedor de energía eléctrica y las masas eléctricas de la instalación consumidora conectadas por un conductor de protección llamado PE y de un conductor de puesta a tierra a otra toma de tierra (tierra de protección) eléctricamente independiente de la toma de servicio. Estas tomas deben estar a por lo menos 10 radios equivalentes (tierra lejana o tierra independiente). El esquema de conexión a tierra para instalaciones eléctricas en inmuebles dedicados a vivienda, oficinas o locales (unitarios) es el TT El valor máximo permanente de la resistencia de puesta a tierra de protección es menor o igual a de 40Ω que garantiza una tensión entre tierra y masa que no supere 24V Conexión TN: tiene un conductor (generalmente el neutro) conectado directamente a tierra de servicio y las masas conectadas a ese punto Conexión IT: no tiene conductores referidos a tierra o tiene la conexión a tierra a través de una impedancia de valor elevado. El conductor de protección vincula a la toma de tierra de protección con las masas Se deben realizar conexiones equipotenciales de la estructura e instalaciones y de otras masas de otros servicios y la protección contra sobretensiones de origen atmosférico Cuando un inmueble requiere de protección primaria contra rayos se deberá cumplir con la norma IEC 62305 Medición de la resistencia de puesta a tierra Se realiza con un telurímetro Alternativamente y solo en el caso de no existir tensiones espurias (V=0 o despreciable con el interruptor abierto) provocadas por corrientes vagabundas que puedan alterar la medición se puede adoptar el siguiente esquema usando una jabalina de 0.50m enterrada a una distancia no menor a 20m y realizando el cociente de la tensión y la corriente medidas



A

linea

V

min 20m

R 20? <R<100?

0-5V Ri>40K?

sonda 0.50m

Sistemas de puesta a tierra Es un caso especial de medición de impedancia en donde el elemento a medir es la resistividad del terreno y de los elementos asociados. Es importante este valor para determinar la seguridad de la puesta a tierra de instalaciones y equipos y la capacidad de un electrodo de tierra para conducir descargas atmosféricas o corrientes derivadas de un sistema eléctrico o electrónico al potencial cero que representa el terreno. Tipos de sistemas de PAT Se pueden distinguir varios tipos de sistemas de PAT, los cuales no deben compartir el mismo electrodo de PAT:

• De servicio: utilizados para conducir corriente en condiciones normales de funcionamiento, tales como el centro de estrella de generadores o transformadores.

• De protección: empleadas para la prevención de accidentes personales. Se conectan a la misma todas las partes metálicas de equipos eléctricos que puedan quedar bajo tensión ante una falla de aislamiento, como por ejemplo carcasas de máquinas, gabinetes de tableros eléctricos, bandejas portacables, etc.

• Para equipos electrónicos: cumplen una función similar a la de protección y además permiten referir a potencial de tierra las masas de los equipos, evitando que su potencial “flote” con respecto a tierra y origine voltajes peligrosos para los componentes electrónicos (ver nota al final).



• Para descargas por sobretensiones: utilizadas el los circuitos de pararrayos y

descargadores de líneas y equipos Partes constitutivas de un sistemas de PAT Está compuesta de tres partes fundamentales

• Conductor de unión: debe ser de la sección adecuada (para la corriente que puede llegar a circular) para que no se produzcan calentamientos ni caídas de tensión inadmisibles. No puede ser interrumpido con seccionadores, fusibles u otro elemento.

• Electrodo de tierra: dado que la resistencia de contacto del conductor de unión (alta conductividad) con la tierra (baja conductividad) es función de la sección de presenta en la unión entre ambos, se intercala un electrodo con la sección suficiente para garantizar una baja resistencia. Además el electrodo se construye para que resista la corrosión natural al estar en contacto con la humedad y sales del suelo.

• Tierra propiamente dicha: Definida por los componentes, naturales y artificiales,

del terreno, la humedad y temperatura del mismo.

Las tomas de tierra más utilizadas son: • En forma de estaca (jabalina): cilíndrica, constituida por un alma de acero y un

recubrimiento electrolítico de cobre que se hinca verticalmente en el suelo. Es la más comúnmente usada por su facilidad de instalación.

• En forma de placa: rectangular o circular, material cobre electrolítico. Recomendable para terrenos donde la profundidad de la tierra vegetal es de 1,2 a 2 mts.

• En forma de pletina: banda metálica de gran extensión instalada horizontalmente

a poca profundidad. Para terrenos rocosos.

• Mallada:. Constituida por conductores de cobre enterrados en forma horizontal. Pueden formar una estrella (ramificada), un bucle o una cuadrícula.

Variación de la tensión

Dado que puede despreciarse la resistencia del conductor de unión frente a la de contacto y de la tierra, la forma del electrodo, su superficie externa y la resistividad eléctrica del suelo determinan la forma en como se difunde la corriente de falla o de descarga a través de la tierra y por lo tanto la caída de tensión entre el electrodo y la misma. La difusión de la corriente alrededor del electrodo de PAT crea en el terreno una caída de tensión cuya variación es máxima en las inmediaciones del electrodo y decrece a medida que aumenta la distancia radial con respecto a él (ya que la resistencia del suelo va disminuyendo con el incremento del área por donde circula la corriente), haciéndose



despreciable a partir de una distancia que depende de la forma del electrodo y de la resistividad eléctrica del suelo. Se forma así un “embudo de tensión” en la zona próxima a la PAT. Este embudo es mas estrecho cuanto mas profundo esté enterrado el electrodo. La caída de tensión, función del valor de la corriente circulante, puede resultar peligrosa para los seres vivos que circulan en las inmediaciones. Esto se define como la tensión de paso admisible. En la figura 1 se representa la variación del voltaje medido con respecto a un punto alejado de la PAT.

En la figura se indican con círculos los puntos equipotenciales alrededor de la PAT.

Telurímetro (metodo de 3 jabalinas) Básicamente la medición de la resistencia de PAT se realiza haciendo circular corriente alterna en el circuito formado por la PAT G, una jabalina auxiliar H de PAT y el suelo entre ambas PATs. Se mide la corriente y la caída de tensión entre G y una sonda S ubicada en un punto intermedio entre G y H. Si se elige adecuadamente la separación entre G y H, el incremento de la resistencia del suelo se vuelve despreciable a una determinada distancia de la PAT. De esta manera, la caída de tensión medida define el valor de la resistencia de PAT



Se utiliza AC para evitar efectos de electrólisis entre los electrodos y el suelo que afecten a la medición al crearse diferencias de potencial (pila eléctrica). La frecuencia de la fuente es distinta de la industrial (50 Hz y sus múltiplos), generalmente de 33,33 Hz, 75 Hz, 93 Hz, 125 Hz, etc, para evitar su influencia. Se disponen también de filtros de banda angosta que solo permiten el paso de la corriente de medida. Medición de la resistividad eléctrica del suelo Con la medición de la resistividad del suelo puedo calcular las dimensiones del sistema de puesta a tierra. Método de wenner Con objeto de medir la resistividad del suelo se insertan 4 electrodos en el suelo, que se colocan en línea recta y a una misma profundidad de penetración, las mediciones de resistividad dependerán de la distancia entre electrodos y de la resistividad del terreno, y por el contrario no dependen en forma apreciable del tamaño y del material de los electrodos, aunque sí dependen de la clase de contacto que se haga con la tierra. El principio básico de este método es la inyección de una corriente directa o de baja frecuencia a través de la tierra entre dos electrodos C1 y C2 mientras que el potencial que aparece se mide entre dos electrodos P1 y P2. Estos electrodos están enterrados en línea recta y a igual separación entre ellos. La razón V/I es conocida como la resistencia aparente. La resistividad aparente del terreno es una función de esta resistencia y de la geometría del electrodo.



En la figura se observa esquemáticamente la disposición de los electrodos, en donde la corriente se inyecta a través de los electrodos exteriores y el potencial se mide a través de los electrodos interiores. La resistividad aparente está dada por la siguiente expresión:

( ) ( )

−

+

=

++ 2222 444

221

4

baba

aa

aRπρ

Donde • ρ resistividad promedio a la profundidad a en Ω . m • a distancia entre electrodos en m • b profundidad de los electrodos en m • R lectura del telurímetro en Ω

Si la distancia enterrada (B) es pequeña comparada con la distancia de separación entre electrodos (A). O sea A > 20B, la siguiente fórmula simplificada se puede aplicar:

aRπρ 2=

La resistividad obtenida como resultado de las ecuaciones representa la resistividad promedio de un hemisferio de terreno de un radio igual a la separación de los electrodos. por estructuras metálicas subterráneas. Y, que con ellas se obtenga el promedio. MÉTODO DE SCHLUMBERGER El método de Schlumberger es una modificación del método de Wenner, ya que también emplea 4 electrodos, pero en este caso la separación entre los electrodos centrales o de potencial (a) se mantiene constante, y las mediciones se realizan variando la distancia de los electrodos exteriores a partir de los electrodos interiores, a distancia múltiplos (na) de la separación base de los electrodos internos (a).



La configuración, así como la expresión de la resistividad correspondiente a este método de medición se muestra en la figura.

nanR )1(2 += πρ

El método de Schlumberger es de gran utilidad cuando se requieren conocer las resistividades de capas más profundas, sin necesidad de realizar muchas mediciones como con el método Wenner. Se utiliza también cuando los aparatos de medición son poco inteligentes. Solamente se recomienda hacer mediciones a 90 grados para que no resulten afectadas las lecturas por estructuras subterráneas.

Puesta a tierra de equipos electrónicos En los siguientes párrafos, se utiliza el frase "equipo electrónico" como sinónimo de aquel aparato que contiene circuitos integrados de alta densidad, conocidos como VLSI. Como ejemplos de ellos, tenemos a nivel doméstico y comercial: computadoras, sistemas de entretenimiento y, sistemas de comunicaciones. A nivel industrial: computadoras, CNCs, sistemas de control y de comunicaciones. Por lo tanto, la frase "equipo electrónico" puede ser sustituida por cualquier de dichos aparatos. TRANSITORIOS E INTERFERENCIAS . Transitorios.- La causa mayor de fallas de los componentes electrónicos de los puertos de interconexión de datos y los de control en baja tensión, son sobretensiones que usualmente se originan en los transitorios causados por:

• descargas atmosféricas • maniobras de interrupción de cargas inductivas • descargas electrostáticas.

Este transitorio es causado por tensiones en los conductores que se suman a las normales de una magnitud de decenas de volts a varios miles de volts y, con duración de unas decenas de nanosegundos a unas centenas de microsegundos. Se conocen normalmente como "picos de tensión". Los transitorios se eliminan mediante componentes conectados a la tierra del sistema.



Las corrientes provocadas por las descargas atmosféricas prefieren viajar por conductores metálicos más que por la tierra, porque representan un camino de menor impedancia. Ésto destruye la aislación. Además, los rayos también causan una diferencia de potencial entre el blindaje y los conductores internos que puede destruir componentes electrónicos en la interconexión, ya que los cables y sus circuitos de conexión deben soportar los voltajes máximos que se puedan obtener entre los extremos de los cables. Cuando es muy grave el problema, debido a estar interconectando los cables a dos sistemas de tierra diferentes (como en el caso de un sistema de control distribuido) se prefieren los cables de fibra óptica. Otra solución utilizada es el interconectar los distintos sistemas de tierra de una industria o edificio mediante conexiones a una red de tierra perimetral adicional, para lograr el mismo potencial a tierra en cualquier lado. Interferencia causada por armónicas.- Las armónicas se generan en fuentes de poder de tipo conmutada de computadoras, y en los variadores de frecuencia entre otros lugares. Su efecto en los equipos electrónicos se mitiga incrementando calibres de conductores, cambiando el diseño y configuración del transformador de alimentación y, usando filtros activos. Los filtros pasivos compuestos de capacitores e inductores no son generalmente efectivos (excepto como protección de bancos de capacitores) porque la frecuencia de corte del filtro tiene que ser muy cercana a la fundamental, lo que es prácticamente imposible de diseñar en un filtro de este tipo. Interferencia en radiofrecuencia.- La interferencia por radiofrecuencia, es causada principalmente por transmisiones radiales. Sin embargo, este tipo de interferencia también es producida por los componentes electrónicos trabajando a altas frecuencias. En los equipos electrónicos su efecto se minimiza con un buen blindaje en cables y en los mismos equipos. Aunque, la mejor manera de acabar con la interferencia es blindar el ruido directamente en su fuente. Los blindajes mencionados para ser efectivos se deben conectar a la tierra del sistema. Interferencia electromagnética.- Este tipo de interferencia es una tensión inducida en un sistema eléctrico. Sus fuentes son las mismas que generan la interferencia en radiofrecuencia. Este tipo de interferencia en los equipos electrónicos se corrige conectando todo a una única puesta a tierra del sistema. En resumen, los efectos en los equipos electrónicos de los transitorios y de gran parte de los tipos de interferencias se eliminan mediante la conexión adecuada de los componentes a una referencia de tierra. Los blindajes de cables usualmente son de metal sólido o una película plástica metalizada con un alambre guía. Para que sea efectiva la protección de los cables internos contra los tipos de interferencias mencionados arriba, el blindaje debe cubrir los conductores, ser continuo entre los extremos y debe estar bien puesto a tierra. Todos los cables blindados provocan un problema contradictorio. Para mejorar su desempeño para bloquear la interferencia en altas frecuencias, ambos extremos del blindaje deberían estar puestos a tierra. Sin embargo, a menos que ambos extremos estén al mismo potencial, fluirá una pequeña corriente a través del blindaje entre esos puntos. De ahí que, en la práctica, las pantallas en sistemas electrónicos son conectadas únicamente en el extremo más cercano al equipo de control, y se dejan completas y aisladas en el otro extremo, normalmente el lado del sensor. Para controlar las descargas y los fenómenos transitorios, se añaden dispositivos de



protección a los cables que conectan entre sí los equipos de computación, instrumentación y de comunicaciones. Estos dispositivos desvían la corriente, bloquean la energía que viaja por los conductores, filtran ciertas frecuencias, regulan voltajes o, realizan una combinación de todas estas tareas. Los protectores funcionan mejor, siempre y cuando se coloquen muy cercanamente al sistema a proteger, ya así que tanto los protectores como el equipo protegido permanecen al mismo potencial bajo condiciones de transitorios. Como familias de protectores tenemos: a) descargadores gaseosos (neon, protectores telefónicos) b) Filtros pasa bajos (tiroides de ferrite) c) Semiconductores.(resistencias dependientes de la tensión llamadas Varistores, diodos zener) Modos de protección El modo de protección depende de la conexión al circuito a proteger. Unidades de protección de "modo diferencial" se conectan entre líneas y, los de "modo común", entre los cables de señal y tierra. Como mínimo, un protector en "modo común" se debe colocar en cada extremo del conductor. Para cancelar el ruido inducido en "modo diferencial" en líneas de instrumentación como en redes de comunicaciones se usan pares trenzados. Así, el ruido se induce igualmente en ambos conductores cancelando el efecto. Como los transitorios también son una forma de ruido, también se inducen en los conductores. Cables multiconductores acoplan la energía del transitorio a todos los pares de conductores del cable. Y como la energía inducida es la misma, siendo un par o muchos, se disipa más energía en un arreglo multiconductor. Cuando existen más de 6 pares, se emplean protectores conectados en derivación y, cuando son menos, en serie, por ser mayor la energía presente por par. Los protectores en serie consisten de filtros como también de supresores en derivación. Todos los pares que no se usen de un cable multiconductor deben ser conectados a tierra y así, la energía inducida en ellos, pasará directamente a tierra. Para proteger Controladores Lógicos Programables (PLCs por sus siglas en inglés), la protección estándar dada por varistores en derivación es suficiente. Siempre y cuando no existan cables con señales que provengan de lugares fuera del sistema de tierras al que está conectado el PLC. Cuando se tienen señales provenientes de fuera del sistema de puesta a tierra del PLC, se emplean protectores con aislamiento galvánico. Dichos protectores aíslan eléctricamente la señal que no tiene la misma referencia de tierra. Debido a los requisitos de la puesta a tierra de los equipos eléctricos y debido a la presencia de tuberías metálicas en una planta industrial, es imposible aislar galvánicamente todas las trayectorias de tierra, y ésto puede crear lazos de corriente en equipos electrónicos con resultados nefastos. Si éste es el caso, es probable que uniendo las redes de tierras por medio de una red perimetral, y empleando protectores sin separación galvánica, y dejando la pantalla sin conectar en un extremo, se resuelva el problema. La otra solución, es por el momento, la que sugieren los fabricantes de equipos de controles distribuidos y comunicaciones: emplear cables de fibra óptica del tipo sin pantalla metálica. 3.4 PUESTA A TIERRA DE EQUIPOS ELECTRÓNICOS. [3.8]



Existen cuatro esquemas de puesta a tierra de equipos electrónicos. Estos son: a) El convencional. b) El esquema de tierra aislada. c) Esquema de tierra aislada total. d) Esquema de malla de referencia. 1. ESQUEMA CONVENCIONAL. El esquema convencional utiliza únicamente las recomendaciones de puesta a tierra Este esquema encuentra su uso en las instalaciones de PCs donde únicamente existe alumbrado y algún otro equipo eléctrico, tal como en los pequeños comercios o en las viviendas. Pero, no es recomendado para las instalaciones comerciales, educativas o industriales, porque: a) Puede resultar excesivamente ruidoso el sistema de tierras. b) Los transitorios pueden sobrepasar el nivel de aislamiento. c) No es compatible con las recomendaciones de puesta a tierra de la mayoría de los fabricantes de equipos electrónicos. d) El cableado puede resultar obsoleto cuando se cambien las tarjetas y equipos por otros de una tecnología de mayor velocidad. 2. ESQUEMA DE TIERRA AISLADA la puesta a tierra del equipo es separada de la puesta a tierra de las canalizaciones, así cualquier corriente espúrea no afecta a los equipos así conectados. La frase "tierra aislada" ha sido interpretada equivocadamente como de una tierra separada provocando en caso de falla precisamente un voltaje a tierra inseguro para las personas y para los equipos (es la no puesta a tierra de las canalizaciones) Pero, tiene las siguientes limitaciones: a) En altas frecuencias, la impedancia del conductor de tierra puede ser demasiado alta para servir de buena conexión. b) El acoplamiento no intencional de los dos sistemas de tierras (aislado y de puesta a tierra de las canalizaciones) dentro de los aparatos o en sus conexiones a cables blindados, puede causar lazos de corriente, resultando en ruidos electrónicos que inutilizan el sistema aislado. Un ejemplo de ese caso, es cuando la impresora está conectada al sistema de tierra normal, y la computadora al sistema de tierra aislado. 3. ESQUEMA DE TIERRA AISLADA TOTAL Este esquema consiste en conectar todas las computadoras, los aparatos e instrumentos a tierra usando una configuración de estrella a partir de un solo punto físico, el cual es un cabezal o placa de conexión que a su vez está conectada mediante un conductor apropiado a la red general de tierras



Sin embargo, también tiene sus limitaciones: a) Esta configuración puede ser difícil de crear en un ambiente industrial. b) Todos los equipos cercanos deben conectarse de esta manera a tierra o, se pueden tener lazos de corrientes. c) Puede tener una impedancia en alta frecuencia muy alta, que en términos prácticos, la puesta a tierra sea ineficaz. Este problema es posible que no se tenga en la mayoría de equipos industriales, porque no emplean muy altas frecuencias 4. ESQUEMA DE MALLA DE REFERENCIA. La figura muestra esta configuración para una sala o centro de cómputo, con piso falso de tipo celular. Observar que adicionalmente a la estrella mencionada en el punto anterior, los equipos y partes metálicas estructurales se conectan a este tipo de piso mediante trencillas, y que al ofrecer un plano de referencia de tierra, baja la impedancia a tierra en todas las frecuencias.

Sus limitantes son: a) Muchos fabricantes de equipos electrónicos industriales no están de acuerdo con su empleo. b) En ambientes industriales, es difícil su implementación. Consideraciones finales.- No importa cual de los tres últimos métodos se emplee para la puesta a tierra de los equipos electrónicos, la trayectoria de los cables es crucial. Siempre conecte a tierra cada aparato por separado. Los equipos en racks deben conectarse a tierra mediante cables, no obstante se supondría que los perfiles del rack los pondrían a tierra, lo que no siempre es real porque existen problemas de pintura y de montaje. Este cable es mejor que sea forrado y de color verde y amarillo para que no cortocircuite otros cables.

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