Conexión a tierra y unión equipotencial (página 2)

Es un tipo de IBN donde los componentes (ej.: gabinetes, carcasas, bastidores) de los sistemas internos no están aislados del sistema de puesta a tierra sino que están integrados a este mediante múltiples puntos de unión.

Se consigue, por ejemplo, mediante varias interconexiones entre las hileras de armarios o la conexión de todos los armazones de equipo a una rejilla metálica tendida por debajo de los equipos. Esta rejilla, como es natural, está aislada de la CBN adyacente y de ser necesario puede tener prolongaciones verticales, con lo que se asemejaría a una jaula de Faraday. Las dimensiones de la retícula se eligen en función de la gama de frecuencias del entorno electromagnético.

En sistemas complejos, pueden utilizarse combinaciones de las configuraciones anteriores para aprovechar las ventajas de las mismas.

Red en estrella uniendo múltiples mallas

Este tipo de red es aplicable pequeñas instalaciones con diferentes grupos pequeños de equipos de comunicaciones interconectados. Esta permite la dispersión local de las corrientes originadas por la interferencia electromagnética; ver Figura 5.

Fig. 4 Ejemplo de red en estrella uniendo múltiples mallas. Red en estrella uniendo una malla común Las componentes metálicas de los equipos electrónicos no se aíslan del sistema de puesta a tierra sino que se integran a éste mediante múltiples puntos de unión.

Este tipo de red se recomienda cuando las instalaciones presentan alta densidad de equipos electrónicos para aplicaciones críticas, cuando los equipos están distribuidos en zonas relativamente amplias o en la estructura completa, cuando corren muchas líneas entre las piezas individuales de los equipos, las líneas entran a la estructura en diversos puntos y en ambientes electromagnéticos severos. Ver Figura 6.

Una red de unión equipotencial mallada es mejorada por las estructuras metálicas existentes del edificio. Esta es suplementada mediante conductores que forman una malla cuadrada.

Las dimensiones de la malla dependen del nivel de protección contra rayo seleccionado, del nivel de inmunidad de los equipos de la edificación y de las frecuencias usadas en la transmisión de datos.

Las dimensiones de la malla se adaptarán a las dimensiones de la edificación a proteger, pero no se excederán de 2 x 2 m en áreas donde estén instalados equipos sensibles a las interferencias electromagnéticas. En algunos casos, puede cerrarse la retícula de esta malla para cumplir con requerimientos específicos.

Fig. 5 Ejemplo de red en estrella uniendo una mallada común.

Para edificios con varios pisos, se recomienda que se instale –en cada piso- una red de unión equipotencial. En la Figura 7 se muestran ejemplos de redes de uso común; en cada piso hay un tipo de red diferente. Los redes de los distintos pisos se interconectan mediante, al menos, dos conductores.

Fig. 6 Ejemplo de redes de unión equipotencial en edificio con LPS

Componentes de unión

Para lograr una eficiente unión a la red equipotencial los componentes tienen que satisfacer las siguientes reglas:

– sus propiedades eléctricas y mecánicas estén determinadas por las partes que conectan y no por la propia interconexión.

– dichas propiedades se mantengan por un período de tiempo prolongado para retardar la degradación progresiva de su comportamiento.

– se apliquen los medios necesarios para lograr su fortaleza mecánica y evitar el deterioro por los efectos de la corrosión o el aflojamiento mecánico.

– tengan una impedancia tan baja como sea posible.

Barra de unión Las barras de unión serán instaladas para la unión de:

– todos los servicios entrantes a la LPZ (directamente con conductores o mediante SPDs adecuados), – el conductor de tierra de protección PE, – los componentes metálicos de los sistemas internos (ej.:. gabinetes, carcasas, bastidores), – los apantallamientos magnéticos de la LPZ en la periferia y dentro de la estructura.

El área de sección transversal de la barra de unión (generalmente de cobre) será dimensionada de modo que tenga una baja impedancia. Para garantizar esto último, deberá ser lo más corta posible y una forma tal que produzca bajas reactancia inductiva e impedancia/unidad de longitud de ruta.

Donde se use la barra de unión como parte de una trayectoria de retorno de DC, su área de sección transversal se dimensionará de modo tal que la máxima caída de tensión a lo largo de la misma sea menor que 1 V, para la magnitud esperada de dicha corriente.

Donde se requiera una barra de unión con finalidad de referencia, esta constituirá una extensión de la barra principal de tierra (MGB) del edificio. Esta permitirá conectar los sistemas de telecomunicaciones a la MGB mediante la ruta prácticamente más corta desde cualquier punto del edificio.

La barra de unión puede ser desnuda o aislada y será instalada preferentemente tal que sea accesible a todo su largo. Para evitar la corrosión, puede ser necesario proteger los conductores desnudos en sus apoyos y donde estos pasen a través de las paredes.

Conductores de unión La efectividad de esta red de unión equipotencial depende, en buena medida, de la impedancia y del trazado de los conductores utilizados.

Para conseguir esto:

• se usarán conductores desde las barras de unión al sistema de puesta a tierra y del SPD a la barra de unión y a los conductores vivos que tengan longitudes lo más cortas posible (menores que 0,5 m) para minimizar las caídas de tensión inductivas.

• se escogerá el trazado de los conductores de modo que disminuya el área de lazo o, cuando esto no sea posible, se usarán cables o conductos de cables blindados en el lado protegido del circuito (después de un SPD) para minimizar los efectos de inducción mutua.

Algunos equipos electrónicos requieren una tensión de referencia cercana al potencial de tierra para su correcto funcionamiento. Esta tensión es brindada por los conductores de tierra referencia. Estos pueden ser cintas metálicas, trenzas planas y cables redondos.

Para los equipos que operan a altas frecuencias, se prefieren las cintas metálicas y trenzas planas y las conexiones se harán lo más cortas posible.

Aunque no se les especifica ningún color, no se usarán verde-amarillo y será el mismo a largo de toda la instalación para poder identificarlos en cada extremo.

Materiales y dimensiones

Tabla 1

Sistema ideal de puesta a tierra y unión equipotencial

El esquema de la Figura 8 representa un sistema modelo por las siguientes razones:

• las perturbaciones externas afectan de modo mínimo al equipamiento contenido en el edificio, porque:

• existen muchos conductores de bajadas del LPSEXT y múltiples conexiones a tierra.

• los diferentes conductores de tierra están conectados a una única instalación de puesta a tierra.

el conductor de tierra de protección PE (independientemente del esquema de conexión a tierra) no afecta a las tierras de funcionamiento electrónicas, porque:

• no existe acoplamiento por impedancia común (la red de tierra de protección está separada de la red de tierra de funcionamiento). En la práctica esto se hace en la distribución (a nivel de cada piso) pero no es obligatorio para la columna de montantes, > existe un campo radiado bajo si el PE forma parte del mismo cable que los conductores activos, el cable está dentro de una canalización metálica eléctricamente continua y conectado en el origen de la instalación.

todos los cables de telecomunicaciones van en una bandeja mallada (para reducir las interferencias) a una distancia de los circuitos eléctricos = 30 cm para evitar los efectos de acoplamiento magnético. Un conductor de tierra acompañante puede sustituir a dicha bandeja o completar su efecto para minimizar los efectos de eventuales bucles en alta frecuencia.

Las conexiones de telecomunicaciones entre pisos circulan por una canalización metálica que asegura la conexión de las tierras de funcionamiento.

Las redes de tierra de protección y de funcionamiento podrán constituir una sola y única red si se dan dos condiciones esenciales:

• ausencia de perturbaciones alta frecuencia de grandes dV/dt y dI/dt.

• que las corrientes de falla en el conductor PE o el PEN sean pequeñas y sin distorsión armónica.

Ciertos especialistas de la EMC indican que, aunque no se cumplan completamente estas condiciones, las redes de masas y tierra pueden estar íntimamente conectadas, con la condición de que las planchas, las estructuras, los conductos de cables estén muy mallados (búsqueda de la equipotencialidad total por división de corrientes y minimización de bucles).

Esta solución, difícil de realizar a nivel de grandes obras (interconexión de las armazones metálicas y de todos los herrajes), puede convenir para edificios muy especializados tales como centros informáticos y centrales telefónicas.

Fig. 7 Ejemplo de sistema de puesta a tierra y unión equipotencial.

Bibliografía:

• IEC 60364 Ed.2: Low voltage electrical installations – Part 4-44: Protection for safety – Protection against voltage disturbances and electromagnetic disturbances. 2007.

• NC IEC 62305: Protección contra rayo – Parte 4: Protección de equipos eléctricos y electrónicos contra el LEMP. 2006 • "Practical Guide to Electrical Grounding", W. Keith Switzer, 1999, ERICO, Inc.

•??Cuaderno Técnico No. 177 "Perturbaciones en los sistemas electrónicos y esquemas de conexión a tierra", Roland Calvas, 1998, Grupo Schneider.

• Clause 4 of IEEE Standard 1100-2005.

Grounding and bonding La CBN en ANSI T1.333-2001 se define como:

"El medio principal para efectuar la unión y conexión a tierra dentro de un edificio de telecomunicaciones. Es el conjunto de todos los elementos metálicos intencional o incidentalmente interconectados para formar la red de unión principal (BN) en un edificio. Estas componentes incluyen: el acero estructural o las barras de refuerzo, las tuberías metálicas, los conductos de alimentación de AC, los conductores de tierra de AC de los equipos (ACEGs), las bandejas de cable y los conductores de unión. La CBN siempre tiene una topología de malla y está conectada al sistema de electrodos de tierra." El concepto de la CBN fue desarrollado por la industria de las telecomunicaciones como una manera de describir la integración (unión común) de los sistemas metálicos de los edificios y estructuras que se produce fundamentalmente mediante la unión intersistema, otras uniones intencionales y la unión incidental. Un término equivalente destacado en ANSI T1.333-2001 es el de "red de tierra de edificio." Este concepto de la CBN fue necesario para diferenciarlo de los sistemas de telecomunicaciones especializados con un único punto de tierra aislado dispuestos como una "red de unión aislada—IBN." Para la CBN, no existe un término equivalente directo en el NEC. No existe un término equivalente directo para en el ambiente de room de ITE como se describe en NFPA 75. No existe un término equivalente directo expresado en el ANSI/TIA/EIA J-STD-607-A para los edificios comerciales. Sin embargo, existe la necesidad tanto para ambientes de room de ITE como de edificios comerciales de identificar las entidades comúnmente unidas (una red) inherente en cada localización. Sin la identificación de la CBN, se hacen difíciles de identificar y describir adecuadamente otras redes de tierra y unión necesarias. Por lo tanto, la práctica recomendada es adoptar la terminología y definición de la CBN dada por ANSI T1.333-2001.

Nótese que la estructura de referencia de señal (SRS) attaches to la CBN y amplía efectivamente a la CBN. De modo similar, la red de unión mallada (BN mallada) también descrita en ANSI T1.333-2001 attaches a la CBN y también amplía a la CBN. Tanto la SRS como la BN mallada están diseñadas para aplicaciones de alta frecuencia. La SRS y la BN mallada son equivalentes aproximados.

El ejemplo principal de la CBN es la multiconexión a tierra y unión que normalmente se produce cuando el sistema eléctrico de AC está instalado en el edificio de acuerdo con el NEC. El resto de las conexiones a los conductores de tierra del sistema eléctrico de AC y entidades conectadas a tierra (tales como una tubería de agua y rack work) sirven para aumentar y ampliar la CBN. El sistema de electrodos de tierra, aunque es una entidad separada, se convierte en parte de la CBN (debido a que la CBN siempre tiene que estar conectada a tierra). Por ejemplo, las vigas y columnas de acero del edificio expuestas que se utilizan como sistema de electrodos de tierra también se unen a la topología seleccionada para la CBN. Un ejemplo donde el sistema de electrodos de tierra se aproxima notablemente convirtiéndose en una entidad totalmente separada de la CBN es donde existe una red de unión común a worst-case escasa (SCBN). Las múltiples interconexiones de las estructuras y objetos metálicos, como contribuyentes a la capacidad de blindaje de la CBN, son deseables e incrementan la utilidad de la CBN para funcionar como parte de una red de unión de equipos. Esta incluye las partes metálicas del edificio tales como las vigas I y el refuerzo del hormigón donde sea accesible, los soportes de cable, canalizaciones, bandejas y conductos para alimentación eléctrica de AC..

Ciertamente, la CBN siempre existe en el edificio. Una CBN es comúnmente más explícita y visible en un RAA o un ambiente industrial que en un área típica de oficina en un edificio comercial donde la CBN puede ser escasa (limitada).

Debido a situaciones tales como un área típica de oficina en un edificio comercial, una variante importante de la CBN es aquella donde la disponibilidad de los conductores de tierra y objetos está severamente limitada. Esta variante es llamada sparse common bonding network en esta práctica recomendada. Una SCBN se produce donde cualquier conexión a tierra en malla o multipunto (MPG) es usualmente incidental. Un simple ejemplo de ocurrencia de un SCBN es donde existan las siguientes condiciones:

a) El edificio está construido con bloques de hormigón (el edificio no se dispone de acero) b) Las tuberías de agua son de PVC (no metálicas) c) Los conductos eléctricos son de PVC (no metálicos) (práctica no recomendada) d) No se utiliza estructura metálica de soporte e) El área de interés está alimentada por circuitos ramales de AC desde otra área (el panel de AC no está ubicado en el área de interés)

Autor:

Ing. Frank Amores Sánchez, Especialista PCI, APCI.