Contenido - Tierras eléctricas

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Contenido - Tierras eléctricas
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Puesta a tierra del sistema eléctrico
Puesta a tierra del equipo
Definiciones
Sistema derivado separadamente
Electrodos
Cuerpo de tierra
Electrodos aislados
Unión neutro - tierra
Tomacorrientes normal
Tomacorrientes con GFCI
Departamento de Ingeniería Eléctrica all
Bibliografía
Departamento de Ingeniería Eléctrica all
Objetivos - Tierras eléctricas
•
Justificar la puesta a tierra de sistemas de alimentación
•
Justificar la puesta a tierra de los equipos
•
Distinguir puesta a tierra de sistema y puesta a tierra de equipos
•
Conocer las definiciones pertinentes a tierras eléctricas
•
Describir los sistemas de electrodos
•
Distinguir los diferentes tipos de electrodos
•
Describir los problemas de los electrodos aislados
•
Describir los problemas de las uniones ilegales neutro-tierra
•
Conocer los GFCIS
•
Identificar las ventajas de los GFCIS
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¿Porqué aterrizar el sistema de alimentación
eléctrica?
NEC 250-1, FPN No.1 (FPN = “Fine Print Note”).
a) limitar los sobrevoltajes transitorios debidos a
descargas atmosféricas, a maniobras con
interruptores,
b) para limitar los voltajes en caso de contacto
accidental del sistema de alimentación con
líneas de voltaje superior y
c) para estabilizar el voltaje del sistema de
alimentación con respecto a tierra.
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Sistema de alimentación eléctrica
transformador
delta
Y
transformador
delta
Y
fase a
fase a
fase b
fase b
fase c
fase c
Ic
Ic
Ib
Ia
conductor
puesto a tierra
Ib
Ia
sistema de electrodos
puente de unión principal
a) sin puesta a tierra
figura 1 de Tierras eléctricas, puesta a tierra del sistema de alimentación eléctrica
b) puesto a tierra
¿Porqué se requiere la puesta a tierra de
equipo?
NEC 250-1, FPN No.2
a) limitar el voltaje de los materiales metálicos no
portadores de corriente con respecto a tierra y
b) que en caso de falla a tierra, opere la protección de
sobrecorriente
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Puesta a tierra de equipo
chasis
chasis
i
fase
fase
neutro
neutro
tierra
tierra
i
(a) Alambrado correcto.
(b) La protección de sobrecorriente
opera en caso de que el hilo vivo
toque accidentalmente el chasis .
chasis energizado
jarp
fase
neutro
tierra
(c) La ausencia de la puesta a tierra de equipo es un peligro de electrocución
figura 2 de Tierras eléctricas, puesta a tierra de equipo
Términos de tierras eléctricas
medidor
CFE
conductor puesto a
tierra de acometida
equipo de
desconexión principal
conductor vivo
barra de neutros
puente de unión
principal
barra de tierras
conductor del electrodo
de puesta a tierra
figura 3 de Tierras eléctricas, puesta a tierra de equipo
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conductor puesto a tierra
conductor de puesta a tierra
electrodo de puesta a tierra
Puesta a tierra de equipos en un sistema flotado
NO CUMPLE CON NORMAS
+
480 V
-
20 A
+
240 V
-
Aire acondicionado de ventana
NO CUMPLE CON NORMAS
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Sistema aterrizado sin puesta a tierra de
equipos
NO CUMPLE CON NORMAS
+
480 V
-
20 A
+
240 V
-
Aire acondicionado de ventana
NO CUMPLE CON NORMAS
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Sistema aterrizado y puesta a tierra de equipos
Puesta a tierra y conductores
del circuito en la misma
canalización
SÍ CUMPLE CON NORMAS
20 A
+
480 V
-
+
240 V
-
Aire
acondicionado de
ventana
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Sistema derivado separadamente.
• Un sistema de alimentación ubicado dentro de la
propiedad en el cual la potencia se deriva de un
generador, de un transformador o de los devanados de
un convertidor y no hay conexión directa con los
conductores de alimentación de otro sistema, esto
incluye a un conductor sólidamente puesto a tierra.
• un generador de emergencia con interruptor de
transferencia de cuatro polos,
• un UPS con “bypass” a través de transformador,
• un transformador ferroresonante.
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Ejemplos de sistemas derivados separadamente
delta
Y
x3
delta
delta
x2
x3
x1
x2
x0
x1
b) transformador trifásico delta - delta
a) transformador trifásico delta - estrella
x1
x1
x0
x0
x2
c) transformador monofásico de tres hilos
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d) transformador monofásico
Figura 4 de Tierras Eléctricas. Conexiones más comunes de transformadores
NO es sistema derivado separadamente
conductor
de puesta a tierra de
equipo
Generador
Tablero de la
desconexión principal del
transformador n
neutro
3φ
canalización
Los conductores de fase no tienen
conexión directa con la alimentación
principal
3φ
conductores
de fase no aterrizados
conductores
de fase no aterrizados
barra de
neutros
Tablero del interruptor
automático de transferencia
de tres polos
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a la carga
El conductor neutro del genardor
tiene conexión directa con el neutro
de la alimentación principal
La salida del “UPS” no es un sistema derivado
separadamente
En un sistema derivado separadamente los
conductores de salida no tiene conexión
directa con los conductores de entrada
entrada 3φ y neutro al “bypass”
entrada 3φ y tierra al “UPS”
Transformador
UPS
N
N
G
G
puesta a tierra de equipos
adaptado del IEEE 142-1991, libro verde, página 51
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No hay unión entre
neutro y tierra a la
salida del “UPS”
salida 3φ, neutro y tierra
a las computadoras
Electrodos naturales, NEC 250-81:
medidor
puente para
continuidad
eléctrica
equipo de
desconexión
principal
electrodo
de suplemento
equipo de
desconexión
principal
varillas de 1/2 " o cobre desnudo
calibre 4 o mayor, embebidos en
concreto, longitud de 6 m o más
la tubería de agua debe estar
por lo menos 3 m en contacto
con la tierra
edificio
Figura 5, 6 y 7 de Tierras Electricas. Electrodos Naturales
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cobre desnudo calibre 2 o mayor
enterrado 2.5 piés o más
Cuerpos de Tierra
NEC 250-84
• La resistencia de los electrodos artificiales debe ser menor a 25.
• En caso de que la resistencia sea mayor hay que agregar otro
electrodo en paralelo a una distancia de por lo menos 1.8 m
FPN: La efectividad de poner en paralelo varillas de más de 8 ft se mejora si se separan más de 8 ft
cuerpo 1
cuerpo 2
tierra
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Figura 8 de Tierras Electricas. Cuerpos de Tierra
Electrodos Aislados
Potencial en A y B
es diferente que en C
Cables de
Comunicación
A
C
1
1
25,000 volts
10 Ω
2
B
Disipación de la
energía del rayo
0 volts
5Ω
Tierra Profunda
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Figura 10 de Tierras Electricas.
Tierra de computadora, limpia, aislada y
exclusiva
ITM de 15 A
Aislante
Carga
Tubo conduit
5Ω
Tierra “sucia”
de acometida
Filtro capacitivo
en corto
5Ω
Tierra “limpia”,
exclusiva y aislada
Figura 11 de Tierras Electricas.
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Unión ilegal neutro - tierra (1)
El voltaje en el extremo de recepción no es cero
R
h
+
v=0
-
g
R
com
com
i3
h
+
-
+
v=0
-
g
+
v = Rcom i3
-
i3
+
-
i2
i
n
n
+
v=0
i
computadoras
i1
b) Unión ilegal neutro - tierra
a) Alambrado correcto
El voltaje en el extremo de envío es cero
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Figura 12 de Tierras Electricas.
Unión ilegal neutro - tierra (2)
canalización de cables de comunicación
canalización de cables de comunicación
campo magnético débil
campo magnético intenso
i
i2
i2
i
i1
i
ienc = 0
canalización de cables de alimentación
a) Sin unión ilegal neutro - tierra
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i
ienc = i2
canalización de cables de alimentación
b) Unión ilegal neutro - tierra
Figura 13 de Tierras Electricas.
El tomacorrientes o contacto
conductor vivo
conductor puesto a tierra
conductor de puesta a tierra
g
Portalámparas
metálico
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La mano derecha y el toma corrientes
Suponiendo que la mano es la clavija
• El dedo pulgar es el vivo
• El dedo índice es la tierra y
• El dedo anular es el neutro
Esta regla es útil para recordar el alambrado
correcto
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Tomacorrientes y el riesgo de choque eléctrico
400 mA
CFE
conductor vivo
conductor puesto a tierra
conductor de puesta a tierra
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Choque eléctrico y la unidad térmica
no disparará
No es necesario tocar directamente el vivo del
tomacorrientes
La corriente pasa del taladro a la mano y del cuerpo
a la tierra.
R1= Resistencia de contacto
con el taladro
TALADRO
TALADRO
R2 = Resistencia del
cuerpo sin incluir la piel
120 V
I
R3= Resistencia de contacto
entre los zapatos y la tierra
TRAYECTORIA
LA CORRIENTE
Adaptado de John Cadick,
Electrical Safety Handbook
I=
V
120
=
= 21 mA
R1 + R2 + R3 500 + 200 + 5000
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Con suela de cuero húmeda,
parado en suelo húmedo, y
está sudando intensamente
Tomacorrientes con interruptor de circuitos bajo falla a
tierra
Circuito de
disparo
Sensor de
corriente diferencial
h
n
RESET
TEST
g
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G
F
C
I
Ground
Fault
Circuit
Interrupter
Terminales de línea y terminales de carga
Circuito de
disparo
Sensor de
corriente diferencial
h
n
RESET
TEST
g
Terminales de línea
Terminales de carga
Es muy importante que no se inviertan
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Protección contra choque eléctrico
Debido a que la corriente no regresa
por neutro, el interruptor disparará
Circuito de
disparo
protegiendo contra choque eléctrico
Sensor de
corriente diferencial
h
n
RESET
g
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TEST
Interruptores de
falla a tierra
Unidad térmica con interruptor de
falla a tierra marca SquareD
Leviton
Hubbell
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Probadores de Interruptores de falla a tierra
IDEAL CIRCUIT IDENTIFIER
PLUS RECEPTACLE TESTER
INSPECTOR II
UNITEST GFI TESTER
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Unión neutro a tierra sin protección
•i = i1 + i2
•i1 = i3 + i4
Circuito de
•El retorno parcial por el neutro
disparo
deja desprotegido a la persona
Sensor de
corriente diferencial
h
i
i4
n
RESET
g
TEST
i3
i1
i2
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Tomacorrientes con interruptor de falla a tierra
detectan unión ilegal neutro tierra
G
N
El interruptor disparará
LEVITON, ejemplo de tomacorrientes con GFCI
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Cordones de extensión con falla a tierra
•Los cables de extensión deben contar
con protección de pérdida de neutro
•Esto se requiere para evitar que queden
el vivo y la tierra con riesgo de
electrocución y el GFCI no dispare pues
la bobina del GFCI requiere del neutro
para disparar
•Los cordones de extensión tienen un
interruptor normalmente abierto, de tal
manera que requieren presencia de vivo
y neutro para cerrar el interruptor y
proporcionar salida
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Tipos de Interruptores de falla a tierra
•Tipo interruptor termomagnético
sobrecarga
cortocircuito
falla a tierra
•Tipo tomacorrientes
falla a tierra
neutro aterrizado
•Tipo cordón de extensión
falla a tierra
unión ilegal neutro tierra
pérdida de neutro
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G
N
Efectos fisiológicos
Tiempo (ms)
corriente (mA)
1000 10
100
1000
10000
Fibrilación ventricular
100
Tiempo máximo
10
Tiempo de disparo de
de disparo de un
un GFCI clase A típico
GFCI clase A UL
1
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No hay reacción
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