Índice Sistemas no puestos a tierra Electrodos aislados Unión neutro tierra El tomacorrientes o receptáculo Transformador de aislamiento DISTURBIOS DE MODO COMÚN Y DE MODO DIFERENCIAL VOLTAJE DE NEUTRO A TIERRA AISLAMIENTO GALVÁNICO Impedancia del conductor del electrodo Puesta a tierra de equipos aislada Estructura de referencia de señal
Introducción LA MAYORÍA de los problemas de la mala calidad de la energía eléctrica se deben a errores de alambrado, y de éstos la mayoría están relacionados con tierras eléctricas. Por ello, en este segmento decidimos abordar algunos de los errores de alambrado más comunes, así como los problemas que éstos ocasionan. Se presenta la manera en que el transformador de aislamiento aminora algunos disturbios.
Sistemas que deben ponerse a tierra Los circuitos de c.a. de 50 a 1 000 V se deben poner a tierra: Cuando el sistema puede ser puesto a tierra de modo que la tensión eléctrica máxima a tierra de los conductores no-puestos a tierra no exceda 150 V. Cuando en un sistema de tres fases y cuatro conductores conectado en estrella el neutro se utilice como conductor del circuito. Cuando en un sistema de tres fases y cuatro conductores conectado en delta el punto medio del devanado de una fase se utilice como conductor del circuito. Cuando un conductor de acometida puesto a tierra no esté aislado, según las excepciones de 230-22, 230-30 y 230-41 de la NOM
120 V 120 V (Gp:) 120 V
120 V (1) = 150 V líneas a tierra (2) Se usa el punto central de la Y para alimentar cargas de línea a neutro 120 V 127 V 277 V 240 V 240 V 120 V 240 V (3) Se usa el punto central de una fase de la delta (4) Llega un desnudo en acometida
Excepciones EXCEPCIÓN 1: Los sistemas eléctricos usados exclusivamente para suministrar energía a hornos eléctricos industriales para fundición, refinado, templado y usos similares. EXCEPCIÓN 2: Los sistemas derivados independientes utilizados únicamente para rectificadores que alimenten sólo a motores industriales de velocidad variable. EXCEPCIÓN 3: Eléctrica nominal del primario sea inferior a 1 000 V, siempre que se cumplan las condiciones siguientes: Que el sistema se use exclusivamente para circuitos de control. Que las condiciones de mantenimiento y supervisión aseguren que sólo personas calificadas atienden la instalación. Que haya continuidad de la energía en el control. Se instalan detectores de falla a tierra en el sistema de control.
EXCEPCIÓN 4: Los sistemas aislados, tal como lo permiten los artículos de la Norma Oficial Mexicana. NOTA: El uso de detectores adecuados de tierra en instalaciones sin aterrizar, puede ofrecer mayor protección. EXCEPCIÓN 5: Los sistemas con neutro a tierra a través de una alta impedancia en el que la impedancia a tierra, generalmente una resistencia, limite al mínimo el valor de la corriente eléctrica de falla a tierra. Se permiten sistemas con neutro a tierra a través de una alta impedancia en instalaciones trifásicas de c.a. de 480 a 1 000 V, siempre que se cumplan las condiciones siguientes: Que las condiciones de mantenimiento y supervisión aseguren que sólo personas calificadas atienden la instalación. Que se requiera continuidad en la energía. Que se instalen detectores de falla a tierra en el sistema. Que el sistema no alimente cargas de línea a neutro.
Puesta a tierra de sistemas derivados separadamente Un sistema de alambrado de usuario cuya alimentación se deriva de los devanados de un generador, transformador o convertidor y no tenga conexión eléctrica directa, incluyendo un conductor del circuito sólidamente puesto a tierra, para alimentar conductores que se originan en otro sistema, sí se debe poner a tierra según lo anteriormente indicado en (a) o (b). NOTA 1: Una fuente alterna de energía de c.a., por ejemplo un generador, no es un sistema derivado separadamente si el neutro está sólidamente interconectado al neutro de la instalación que parte de una acometida. NOTA 2: Para los sistemas que no son derivados separadamente y que no se exige que estén puestos a tierra como se especifica en 250-26, véase en 445-5 el tamaño nominal mínimo de los conductores que deben transportar la corriente eléctrica de falla.
Ejemplo 1 Un transformador ferrorresonante no puesto a tierra en donde la falla se manifestaba como la interrupción intermitente de la comunicación entre equipos electrónicos.
Mediciones en secundario de ferrorresonante no puesto a tierra Las mediciones sugerían que el secundario estaba sin puesta a tierra. Para comprobarlo, se conectó una lámpara incandescente entre L2 y G. Al momento de conectar la lámpara el voltaje cambió de 60 V a cero con lo que se confirmó que el sistema eléctrico formado por el secundario del ferrorresonante no estaba puesto a tierra.
EJEMPLO 2 Consideremos ahora el caso de un sistema derivado separadamente formado por un DRIVE y una FEI. El personal de la planta nos informó de pérdida continua de paquetes de información. Suministro de CD con fluctuaciones e interrupciones. Suministro de CA sin fluctuaciones y sin interrupciones. Voltaje entre líneas senoidal, valor rms casi constante. Pérdida de paquetes de información Voltaje entre cualesquiera de las líneas y tierra con forma de onda errática y valor rms inestable. Sistema derivado separadamente => Unión de una de las líneas a tierra Desaparece la pérdida de paquetes de información
Electrodos aislados
Electrodos aislados, NOM y Esmeralda 250-86 prohíbe emplear los conductores de bajada o los electrodos del sistema de pararrayos en lugar de los electrodos artificiales de la sección 250-83. 250-86 indica que esta prohibición no significa que los electrodos de distintos sistemas no se deban unir. La nota dos indica que la unión de los electrodos de los distintos sistemas limitará las diferencias de potencial entre los electrodos y los alambrados asociados. 250-71(b), corresponde a los detalles de la unión del sistema de tierras de alimentación eléctrica con los otros sistemas de tierra (pararrayos, cable, comunicaciones y teléfono). La sección 9.10.16 del libro esmeralda del IEEE recomienda claramente la unión de los distintos sistemas de electrodos.
EJEMPLO 3 Si bien, el desarrollo de grandes diferencias de voltaje entre gabinetes conectados a electrodos separados cuando se presenta una descarga atmosférica no es común, durante una visita que realizamos a una planta de generación de energía eléctrica en Altamira, Tamaulipas escuchamos el relato siguiente: «Yo estaba en el cuarto de control y vi el resplandor de una descarga atmosférica seguida casi inmediatamente de un gran trueno y chispas en la parte posterior del tablero que contiene el sistema de control de la planta. El daño en las tarjetas electrónicas hizo operar indebidamente una válvula de gas y a los pocos segundos se disparó la planta. Nos llevó algunas horas cambiar las tarjetas para reiniciar la operación de la planta». Encontramos que el sistema de tierras eléctricas estaba unido al sistema de pararrayos, a la malla de la subestación, a la malla de la cerca, a los conductores de guarda de la línea de 115 kV, así como a los hilos de retenida. Sin embargo, un grupo de tres electrodos no tenía unión, sino a través del terreno con el resto de los electrodos. Se nos informó que esos electrodos eran propios de los termopares y la instrumentación. Esa fue la causa del arqueo en el tablero de control, la puesta a tierra de la instrumentación estaba asilada del resto de los sistemas puestos a tierra, y así lo hicimos constar en nuestro informe
EJEMPLO 4 Otro error de electrodos aislados, conocido como «tierra de computadoras», «tierra aislada», «tierra exclusiva» o «tierra limpia». Hay dos violaciones al NEC. La primera es que no hay puesta a tierra de equipo en el gabinete de la carga, la segunda es la puesta a tierra exclusiva y aislada. Un capacitor se puso en corto circuito, ocasionando que el gabinete de la carga se pusiera al mismo potencial que el del conductor no puesto a tierra. Se ilustra la manera en que pueden aparecer 60 V entre las manos. Es claro que los electrodos aislados están derrotando las funciones de la puesta a tierra de equipo: limitar el voltaje de los materiales metálicos no portadores de corriente en relación a tierra y que en caso de falla a tierra, opere la protección de sobrecorriente Tierra remota
Unión Neutro Tierra – Error de comunicación
Unión neutro tierra – Campos magnéticos intensos
Ejemplo 5 En un edificio corporativo de Nuevo León se presentaba el problema de que la imagen de un proyector de vídeo era inestable. Al apagar un grupo de cargas la imagen se volvía estable. Con las cargas prendidas el campo magnético de 60 Hz alrededor del proyector era de 23 mG. Al apagar las cargas el campo magnético disminuía a menos de 3 mG. Encontramos que en varios puntos los hilos puestos a tierra se habían unido a canalizaciones de comunicación, estas canalizaciones están puestas a tierra ya que iban soportadas con continuidad eléctrica a la estructura metálica del edificio. Al medir la corriente enlazando todos los conductores eléctricos dentro de la canalización medimos 18 A. De manera tal que concluimos que estos 18 A en lugar de retornar por los neutros (conductores puestos a tierra) retornaban por otros ductos metálicos y esa corriente originaba campos magnéticos intensos.
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