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SISTEMAS DE TIERRAS FISICAS Y PARARRAYOS
El sistema de puesta a tierra o sistema de tierras físicas para sistemas eléctricos tiene como finalidad:
· Proveer los medios adecuados para transportar las corrientes eléctricas dentro de la tierra (terreno natural) bajo condiciones normales y de falla sin exceder los límites de operación del equipo sin afectar la continuidad del servicio.
· Asegurar que las personas que se encuentren en contacto con los equipos, simplemente cerca o dentro de la instalación, queden exentos de exposición a peligros de descargas eléctrica crítica.
· Garantizar que el nivel de tensión al cual se encuentran, tanto gabinetes como partes no conductoras de corriente, efectivamente sea cero, lo que evita que la tensión con respecto a tierra de ese equipo no se encuentre por encima de la tensión nominal de operación de éste.
Según su aplicación, existen diversos tipos sistemas de tierras físicas o de puesta a tierra, los cuales se mencionan a continuación.
PUESTA A TIERRA DE LOS SISTEMAS ELECTRICOS
El propósito de aterrizar los sistemas eléctricos es para limitar cualquier voltaje elevado que pueda resultar de rayos, fenómenos de inducción o, de contactos no intencionales con cables de voltajes más altos.
Se logra uniendo mediante UN CONDUCTOR APROPIADO A LA CORRIENTE DE FALLA A TIERRA TOTAL DEL SISTEMA, una parte del sistema eléctrico al planeta tierra.
Los sistemas de tierras físicas y pararrayos aseguran la conducción de la corriente de falla de manera segura y rápida evitando daños a las instalaciones o posibles accidentes al personal.
ELECTRODOS DE PUESTA A TIERRA
Es muy importante tomar en cuenta que por norma los electrodos de puesta a tierra de los sistemas eléctricos deben estar accesibles y preferiblemente en la misma zona del puente de unión principal del sistema.
De acuerdo con la norma oficial mexicana, el sistema de electrodos de puesta a tierra (sistema de tierras físicas) se forma interconectando los siguientes tipos de electrodos (siempre que existan):
· Tubería metálica de agua enterrada.
· Estructura metálica del inmueble.
· Electrodo empotrado en concreto.
· Anillo de tierra.
En caso de no disponer de alguno de los anteriores, se deben usar uno o más de los electrodos especialmente construidos:
· Electrodos de varilla o tubería.
· Electrodos de Placa
· Otras estructuras o sistemas metálicos subterráneos cercanos.
Los tipos de electrodos no permitidos por la norma oficial mexicana son:
· Tuberías de gas enterradas.
· Electrodos de aluminio.
PUESTA A TIERRA DE LOS EQUIPOS ELECTRICOS
Los sistemas de tierras físicas tienen como propósito es eliminar los potenciales de toque que pudieran poner en peligro la vida y las propiedades y, para que operen las protecciones por sobrecorriente de los equipos.
Se logra conectando al punto de conexión del sistema eléctrico con el planeta tierra, todas las partes metálicas que pueden llegar a energizarse, mediante CONDUCTOR APROPIADO A LA CORRIENTE DE CORTO CIRCUITO DEL PROPIO SISTEMA EN EL PUNTO EN CUESTION.
EQUIPOS Y CANALIZACIONES QUE DEBEN ESTAR PUESTOS A TIERRA.
· Canalizaciones metálicas
· Equipo fijo en general
· Equipo fijo específico
· Equipos no eléctricos
· Equipos conectados por cordón y clavija
· Instalaciones provisionales
· Líneas
PUESTA A TIERRA EN SEÑALES ELECTRONICAS
Los sistemas de tierras físicas se utilizan para evitar la contaminación con señales en FRECUENCIAS diferentes a la deseada.
Se logra mediante blindajes de todo tipo conectados a una referencia cero, que puede ser el planeta tierra.
Equipo electrónico es aquel aparato que contiene circuitos integrados de alta densidad. Como ejemplos de ellos, tenemos a nivel doméstico y comercial: computadoras, sistemas de entretenimiento y sistemas de comunicaciones. A nivel industrial: computadoras, CNC´s, sistemas de control y de comunicaciones.
Los equipos electrónicos no trabajan satisfactoriamente cuando se presentan transitorios o interferencias, armónicas, interferencia en radiofrecuencia e interferencia electromagnética.
Transitorios. La causa mayor de fallas de los componentes electrónicos de los puertos de interconexión de datos, y los de control en bajo voltaje, es el sobre-esfuerzo eléctrico que usualmente se origina en los transitorios causados por: (1) las descargas atmosféricas; (2) por las maniobras de interrupción de cargas inductivas, o; (3) por descargas electrostáticas. Este sobre-esfuerzo es causado por voltajes 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. Los que se conocen normalmente como "picos" de voltaje".
Ningún cable enterrado, ni siquiera de potencia, es inmune a los transitorios provocados por los rayos.
Los transitorios se eliminan mediante componentes conectados a los sistemas de tierras físicas y pararrayos conectados a la tierra del sistema.
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, RFI por sus siglas en inglés, 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 RFI es blindar el ruido directamente en su fuente. Los blindajes mencionados para ser efectivos se deben conectar a los sistemas de tierras físicas y pararrayos.
Interferencia electromagnética. Este tipo de interferencia, conocido por sus siglas en inglés EMI, es ruido eléctrico que se convierte en un voltaje 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.
PUESTA A TIERRA DE PROTECCIÓN ELECTRÓNICA
Para evitar la destrucción de los elementos semiconductores por VOLTAJE, se colocan dispositivos de protección conectados entre los conductores activos y la referencia cero, que puede ser el planeta tierra.
PUESTA A TIERRA DE PROTECCIÓN ATMOSFÉRICA
Sirve para canalizar la ENERGIA de los rayos a tierra sin mayores daños a personas y propiedades.
Se logra con una malla metálica igualadora de potencial conectada al planeta tierra que cubre los equipos o edificios a proteger.
La descarga atmosférica conocida como rayo, es la igualación violenta de cargas de un campo eléctrico que se ha creado entre una nube y la tierra o, entre nubes.
Los rayos que nos interesan por su efecto, son los de nube a tierra, y en éstos se pueden encontrar 4 tipos: 2 iniciados en las nubes, y 2 iniciados en tierra, ya que pueden ser positivos o negativos. Los más comunes, siendo el 90 % de los rayos detectados, son de una nube negativa hacia tierra.
Los rayos que inician en tierra son relativamente raros y ocurren normalmente en montañas o en estructuras altas.
Los sistemas de tierras físicas y pararrayos permiten la conducción de la sobrecorriente originada por la descarga atmosférica de manera eficiente y segura.
SISTEMAS DE PARARRAYOS
Los rayos ocurren con diferentes intensidades y un sistema que proteja contra su efecto deberá ser diseñado tomando en cuenta los rayos promedio o mayores del área en cuestión. Las descargas no pueden ser detenidas, pero la energía puede ser desviada en una forma controlada.
Un sistema de protección contra descargas, llamado de pararrayos, debe:
Capturar el rayo en el punto diseñado para tal propósito llamado terminal aérea.
Conducir la energía de la descarga a tierra, mediante un sistema de cables conductores que transfiere la energía de la descarga mediante trayectorias de baja impedancia, y;
Disipar la energía en un sistema de terminales (electrodos) en tierra.
Cuando la energía de un rayo viaja a través de una trayectoria de gran impedancia, el daño causado puede ser grave por el calor y las fuerzas mecánicas que se crean.
Los rayos son señales eléctricas de alta frecuencia, gran potencial y alta corriente, por ello son causa de interferencia en sistemas electrónicos.
ESTÁNDARES DE PROTECCIÓN
Tanto en Europa como en Norteamérica, se ha debatido mucho sobre los métodos de protección, tanto así que en la misma Europa permanecen los dos estándares de protección, el llamado Franklin/Faraday, que es el tradicional, y el de puntas de inicio (early streamers en inglés). En EUA, el estándar aprobado por la asociación contra el fuego (NFPA) es el Franklin/Faraday y, se conoce como NFPA-780. El otro, no fue aceptado como parte del estándar, ya que se considera de efectividad igual que una punta del tipo Franklin.
ZONA DE PROTECCIÓN
En Norteamérica, los equipos y estructuras son clasificados segúnsu necesidad de protección contra descargas atmosféricas. Referencia: ANSI/NFPA78-1989.
Para más información visita:
www.balperin.com.mx
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