TEORIA Y DISEÑO DE SISTEMAS DE TIERRAS SEGUN LAS NORMAS NOM E IEEE

3. Tierras Aisladas por Liebert Corporation 


Indice
Traducido libremente del original titulado "Isolated Grounding" que se encuentra en
http://www.liebert.com

[N del T: La NOM y el NEC son idénticos en sus secciones y por ende, en sus requisitos.]

RESUMEN

Tierra Aislada (IG) es una técnica usada frecuentemente con equipo electrónico sensible para
reducir el ruido de modo común. La IG aisla la tierra del equipo sensible del sistema de tierras
de canalizaciones, y controla la conexión al sistema de tierras de fuerza. Así, los cambios en el
potencial de tierra debidos a corrientes inducidas de tierra que fluyen por las canalizaciones son
eliminados, y las charolas y tuberías conduit proveen de blindaje a la interferencia
electromagnética (EMI) y a la radiointerferencia (RFI). La IG es algunas veces mal interpretada
como significando una tierra separada y aislada para la carga sensible, y las configuraciones
basadas en esta interpretación son usualmente inseguras y en conflicto con los requisitos del
National Electrical Code. Si corrientes inducidas en la tierra del equipo aislado fluyen en los
cables de datos, comunicación y control, el cableado de IG puede contribuir al ruido de modo
común acoplado inductivamente cuando se aplica a circuitos que tienen otros equipos
interconectados.

El ruido de modo común es cualquier señal indeseable que es común a todos los conductores del
circuito simultáneamente con respecto a tierra. La diferencia de potencial entre el neutro y tierra
es una forma de ruido de modo común. Otra forma más problemática es la diferencia de
potenciales de tierra en un sistema eléctrico. Además, la supresión de picos, cableado, blindado
y aterrizado del sistema eléctrico del edificio (incluyendo el cableado de control, datos y
comunicación) puede tener un efecto pronunciado en los niveles de señales de modo común a
los que la electrónica sensitiva puede ser expuesto.

Porque se ha observado que los potenciales a tierra de los equipos (o cambios en ellos) afectan la
operación de ciertos equipos electrónicos, frecuentemente hay instrucciones específicas y
especiales de aterrizado. La mayoría de esas instrucciones están basadas más que en un análisis
riguroso, y los principios básicos de electricidad frecuentemente se ignoran. Observe que el
propósito principal del aterrizado es la seguridad personal, no la reducción de ruido. Estas metas
pueden ser mutuamente exclusivas. Si ese es el caso, la seguridad debe prevalecer.

Una técnica de aterrizado usada en sistemas de CA en bajo voltaje para reducir el ruido de modo
común es la tierra aislada (IG). La IG está permitida en los E.U. por el Código Nacional Eléctrico
(NEC) y en Canadá por el Código Eléctrico Canadiense (CEC). En ambos casos, la IG es una
excepción a los requisitos de aterrizado estándares. El NEC 250-74 y 250-75 permite la IG
solamente "donde se requiera para la reducción de ruido eléctrico".

¿QUÉ ES AISLADO?

Tierra aislada se refiere a una tierra aislada (realmente con aislamiento) de la computadora al
punto de aterrizado de potencia. No es un sistema de tierras "limpio" separado para la
computadora, aislado de la tierra "sucia" de la compañía suministradora. Debe existir una sola
tierra. Colocando una segunda tierra separada no solo es peligrosa y una violación al Código,
sino que también causa más problemas de los que resuelve.

El concepto de IG puede verse al comparar un receptáculo estándar con el receptáculo IG. En el
receptáculo IG, las terminales de tierra del receptáculo están eléctricamente aisladas de la
chalupa metálica y de los conduits metálicos y de las canalizaciones. Así, hay dos trayectorias de
puesta a tierra al punto de aterrizado del sistema de fuerza. Los receptáculos IG son
frecuentemente de color naranja o están marcados con un triángulo de ese color.

Como un requisito mínimo del Código, el conduit o la canalización pone a tierra la chalupa.
Cuando se usan conduits no metálicos y flexibles (los que no proveen una trayectoria efectiva a
tierra) con receptáculos IG, el NEC requiere otro conductor para aterrizar la chalupa, [N. del T.: si
ésta es metálica].

La razón básica para aterrizar los sistemas de C.A. es para limitar y estabilizar los voltajes y, para
facilitar la operación del dispositivo de protección por sobrecorriente (OPD) en el caso de una
falla a tierra. 

Para un sistema sólidamente aterrizado en bajo voltaje de c.a., el NEC 250-51 requiere que todas
las cubiertas metálicas de los sistemas eléctricos estén efectivamente aterrizadas, para minimizar
el riesgo de un choque eléctrico y facilitar la operación del OPD para abrir la falla a tierra. El NEC
define como aterrizado efectivamente cuando se tiene una trayectoria a tierra que (1) es
permanente y continua, (2) que tiene una gran capacidad para manejar la corriente de falla a
tierra, y (3) tiene una baja impedancia para permitir que el OPD opere rápidamente para abrir la
falla. Estos requisitos necesitan que un conductor de puesta a tierra de equipos
permanentemente conecte todas las cubiertas del sistema eléctrico y cualesquiera otras partes
que pudieran llegar a energizarse. Con el fin de facilitar la operación del OPD para abrir la falla a
tierra, los conductores de puesta a tierra de equipos deben estar conectados al punto de
aterrizaje del sistema de fuerza.

TRAYECTORIA A TIERRA.

Con receptáculos convencionales, el conductor de puesta a tierra de equipos está en SERIE con
la puesta a tierra de la canalización. Aunque la impedancia a tierra es mejor, puede existir ruido
en la tierra de la canalización. Con los receptáculos de tierra aislada, la trayectoria de la puesta a
tierra de los equipos está separada de la canalización para evitar el acoplamiento del ruido a la
tierra de cómputo.

La terminal de tierra de un receptáculo IG no está conectado al sistema de puesta a tierra de la
canalización. En lugar, un cable IG está conectado a la terminal de tierra del receptáculo y, está
canalizada junto con los conductores de fuerza, pasando por uno o más paneles de control,
permaneciendo aislado de la canalización metálica y del sistema de puesta a tierra de los
gabinetes hasta su conexión en el punto de puesta a tierra del sistema de fuerza en la
acometida.

El conductor de puesta a tierra aislado debe estar dentro de la canalización. Evidencias
experimentales indican una impedancia menor para un conductor de puesta a tierra dentro de
una canalización que estando por fuera.

Si existiese una falla a tierra en la carga en un sistema convencionalmente aterrizado o en un o
aterrizado IG, ambos esquemas proveen de una trayectoria efectiva de aterrizado.

EQUIPOS CON CABLEADO FIJO.

Una forma diferente de IG es permitida por el NEC 250-75 (también por excepción). Es para
equipos con cableado fijo. Como no hay receptáculo IG, una boquilla o cople aislante se insertan
donde la canalización termina en el gabinete del equipo.

EL NEC recientemente añadió la excepción para equipos con cableado fijo, pero su efectividad y
seguridad son cuestionadas. Para aislar la puesta a tierra del equipo, la armazón metálica de la
carga debe estar aislada de sus alrededores aterrizados, quizá del mismo edificio. Existe la
preocupación de que con corrientes grandes a tierra (ej. En la presencia de descargas
atmosféricas), exista un potencial de choque o que chispas se presenten entre los alrededores
aterrizados y el gabinete del equipo.

 

IG PARA UNA FUENTE DERIVADA INDEPENDIENTE

Paquetes con fuentes derivadas independientes (definidas en el NEC) generalmente proveen de
la puesta a tierra de los sistemas de cómputo. Usualmente están en los mismos cuartos de
cómputo, minimizando el cableado a la carga. Cables largos de tierra aislada (IG) entre la carga y
el punto de aterrizado del sistema pueden causar problemas por ruido de modo común por la
alta impedancia en alta frecuencia.

Cuando receptáculos de tierra aislada se usan con una fuente derivada independiente, el
sistema de tierra aislada (IG) se termina en esta fuente y no en la acometida.

CABLEADO IG INCORRECTO E INSEGURO

En un intento aparente de aislar la tierra de los equipos de la tierra "sucia" de fuerza, algunas
veces se realizan esfuerzos extraordinarios para asegurar una buena conexión a tierra para
equipo electrónico sensible.

Este esfuerzo no provee una trayectoria efectiva a tierra como requiere el NEC. Considere la
posibilidad de una falla a tierra en el equipo.

No existe esa trayectoria a tierra efectiva entre la tierra aislada y el electrodo de puesta a tierra
de la acometida. La trayectoria entre los electrodos puede o no puede ser continua, permanente
o de amplia capacidad de corriente. Sin embargo, es improbable que la trayectoria tenga la
impedancia suficientemente baja para permitir que abra rápidamente el dispositivo de
sobrecorriente. La impedancia de las conexiones de un electrodo a tierra es medido en ohms,
mientras que la impedancia requerida debe ser en el rango de miliohms.

Como la tierra aislada se considera limpia y la tierra de los sistemas de potencia se considera
sucia, hay una diferencia de potencial entre la tierra aislada y la de fuerza. Tales diferencias se
manifestarán como voltaje de modo común (N-IG) en el equipo.

Así, mientras que la razón de la tierra aislada es evitar el ruido eléctrico, el resultado de una
conexión incorrecta de la tierra aislada, es un incremento en los potenciales del ruido de modo
común. Diferencias significativas pueden encontrarse cuando fluyen grandes cargas por el
conductor de puesta a tierra; por ejemplo, cuando ocurren fallas, descargas atmosféricas y aún
cuando pasan nubes eléctricamente cargadas por encima. Como resultado de ese cableado IG
incorrecto los equipos conectados sufren daños.

Equipos conectados con cableado IG incorrecto pueden operar normalmente excepto durante
condiciones específicas tales como en fallas a tierra o durante una tormenta con rayos.

LOS BENEFICIOS DEL CABLEADO IG.

Claramente las canalizaciones proveen blindaje de las interferencias electromagnéticas y de
radio frecuencia a los conductores encerrados en ellas. Como un beneficio práctico, el cableado
IG minimiza las corrientes parásitas.

Corrientes a tierra parásitas que fluyen por el sistema de tierras causan cambios en los
potenciales en el sistema. Estas corrientes don una realidad en todos los sistemas eléctricos y,
existen bajo una gran variedad de condiciones, la mayoría dinámicas. Pueden ser causadas por
las descargas electrostáticas a los gabinetes, corrientes de falla a tierra, o aún la corriente
capacitiva de carga cuando una carga es conectada.

En el cableado IG la referencia a tierra para el equipo es aislada del sistema de tierras de la
canalización metálica y del gabinete. Corrientes parásitas fluyen en canalizaciones y gabinete, y
los cambios en potenciales de tierra son confinados al sistema de tierras de la canalización
metálica y del gabinete. No hay corrientes parásitas en el cableado IG, así la referencia de tierra
para el equipo de utilización no es afectada.

DESVENTAJAS DE LAS TECNICAS DE CABLEADO IG

Hay una posibilidad de corrientes inducidas en el conductor de IG en sistemas interconectados.

En la mayoría de las canalizaciones eléctricas, se emplean múltiples conductores individuales en
lugar de cable manufacturado. Por lo que la posición del conductor IG relativa a los conductores
de fuerza es al azar. Siempre que el conductor a tierra no está igualmente espaciado entre los
conductores de fuerza, los campos magnéticos asociados con las corrientes de los conductores de
fuerza no se balancean en el conductor de tierra. El campo magnético neto en a.c. inducirá
corriente en el conductor de tierra si es parte de una trayectoria completa o lazo de tierra.

Los circuitos IG evitarán el problema de corrientes de tierra inducidas porque el conductor IG no
forman un lazo completo, a no ser que existan sistemas interconectados, enlazados con cables de
datos, comunicación o control entre las unidades individuales.

Cables enlazando equipos individuales pueden cerrar el lazo para corrientes inducidas en el
conductor IG. Y, porque las corrientes inducidas son forzadas a pasar por los cables de conexión,
hay una probabilidad de dañar la carga sensitiva. Las corrientes inducidas en los cables pueden
causar particularmente problemas si son de frecuencias de fuerza. Ejemplo: 60 Hz y sus
armónicas. Equipos de video y audio y, procesadores de señal analógica son sensitivos
particularmente a esas frecuencias.

Las corrientes inducidas en cables de conexión han llevado a la práctica común de aterrizar las
pantallas de los cables únicamente en un extremo. Aunque esta práctica rompe el lazo de
corriente, admite la posibilidad de que aparezcan voltajes dañinos o inseguros en el sistema,
especialmente durante una falla a tierra, descarga atmosférica u otro evento que cause impulsos.

Normalmente, las técnicas de aterrizado estándar dan menos problemas con corrientes a tierra
inducidas. Esto es, porque las corrientes de tierra inducidas tienden a fluir sin consecuencias
prácticas en lazos formados por el conductor a tierra y el sistema de canalizaciones, brincando
los lazos de alta impedancia que incluyen el cableado de interconexión.

Algunas veces las técnicas de cableado IG son implementadas inadvertidamente cuando la
conexión a tierra para canalizaciones se interrumpe. Una causa frecuente es cuando se emplean
gabinetes no metálicos en medios corrosivos. Otra causa puede ser el enterramiento de tubería
eléctrica en tierra o en concreto. El resultado puede ser el de corrientes inducidas en sistemas
interconectados. También pudieran existir problemas con interferencia electromagnética o de
radiofrecuencia si el blindaje metálico se elimina.

REGLAS PRACTICAS

Una regla fácil de recordar cuando instalamos cableados IG es:

Desde el receptáculo de tierra aislada, el conductor IG debe seguir el alambrado hasta el primer puente de unión (neutro-tierra), y debe ser conectado a tierra únicamente en ese punto. La tierra aislada no debe continuar más allá de ese punto, ni debe conectarse a un electrodo de
puesta a tierra separado (estructura del edificio, tubo de agua, o varilla electrodo). Y, la más
básica de todas las reglas, cuando aterrice un sistema, siga primero el NEC por seguridad.
 



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