TECNICAS MODERNAS DE PUESTA A TIERRA PARA CENTROS DE COMPUTO Y SITIOS DE TELECOMUNICACIONES EXP. ING. CARLOS DIAZ N. CONSULTOR EN PROTECCION INTEGRAL CLUB DE ELECTRONICA DEL PERU www.clubelectronicaperu.com INTRODUCCIÓN Los procedimientos para diseñar Sistemas de Puesta a Tierra (SPAT) se basan en conceptos tradicionales, pero su aplicación puede ser muy compleja. Los conceptos son ciencia, pero la aplicación correcta es un arte, ya que cada instalación es única en su localización, tipo de suelo, y equipos a proteger. INTRODUCCION Puesta a Tierra de los sistemas eléctricos El propósito de aterrizar los sistemas eléctricos es para limitar cualquier voltaje elevado que pueda resultar de los 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. INTRODUCCION Puesta a tierra de los equipos eléctricos Su 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 TIERRA, todas las partes metálicas que pueden llegar a energizarse, mediante un CONDUCTOR APROPIADO a la CORRIENTE DE CORTO CIRCUITO DEL PROPIO SISTEMA EN EL PUNTO EN CUESTION. INTRODUCCION Puesta a tierra en señales electrónicas Su propósito es 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 la TIERRA. INTRODUCCION Puesta a tierra de protección electrónica Su propósito es 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 TIERRA. INTRODUCCION 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 instalando un dispositivo denominado PARARRAYOS el cual se conecta a TIERRA. INTRODUCCION Puesta a tierra de protección electrostática Sirve para neutralizar las CARGAS ELECTROSTÁTICAS producidas en los materiales dieléctricos. Se logra uniendo todas las partes metálicas y dieléctricas a TIERRA. DISEÑO DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA a. RESISTIVIDAD DEL SUELO •La resistencia R de un conductor alargado y homogéneo de forma cilíndrica vale: R= ρ l/s donde: R= resistencia en Οhm ρ = resistividad en Ohm-metro l = longitud del conductor en metros m. s = sección en metros cuadrados •La resistividad es una medida de la dificultad que la corriente eléctrica encuentra a su paso en un material determinado. •La Conductividad, es lo inverso a la resistividad y se expresa en siemensmetro. = 1/ρ DISEÑO DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA Metales Electrónica { Semiconductores Conductividad { Iónica Electrólitos sólidos { (dieléctricos) Electrólitos líquidos DISEÑO DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA NATURALEZA DEL TERRENO Terrenos Pantanosos Limo Humus Turba Húmeda Arcilla Plástica Marga y Arcillas Compactas Margas del jurásico Arena Arcillosa Arena Silícea Suelo Pedregoso Cubierto de Césped Suelo Pedregoso Desnudo Calizas Blandas Calizas Compactas Calizas Agrietadas Pizarras Roca de Mica, Feldespato o Cuarzo Granito y Gres procedentes de Alteraciones Roca Ígnea RESISTIVIDAD EN Ω - m De algunas unidades a 30 20 a 100 10 a 150 5 a 100 50 100 a 200 30 a 40 50 a 500 200 a 300 300 a 500 1,500 a 3,000 100 a 300 1,000 a 5,000 500 a 1,000 50 a 300 500 1,500 a 10,000 5,000 a 15,000 DISEÑO DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA 10-8 Metales 10-6 10-4 10-2 Calcopirita Pirrotita 102 1 Margas 104 106 Anhidrita Sal Gema 108 Cinabrio 1010 1012 1014 Feldespatos Galena Blenda Grafito Arcillas Azufre Calizas Limos Cuarzo Arenas Pirita y Magnetita Gravas Pizarras Rocas hipogénicas y metamórficas Agua de mar Agua Dulce Micas DISEÑO DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA b. FACTORES DETERMINANTES EN LA RESISTIVIDAD DEL SUELO POROSIDAD HUMEDAD SALES NATURALES DISUELTAS COMPACTACION TEMPERATURA DISEÑO DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA POROSIDAD TIPO DE FORMACION Rocas Igneas y Metamórficas % POROSIDAD RESISTIVIDAD Ohm-m 0.5 - 2 10,000 Limos densos y Rocas Areniscas 3–4 50 – 1000 Arcillas 8 – 15 200 – 400 15 - 40 30 – 200 40 – 75 150 – 200 80 – 90 100 – 150 Limos porosos. Dolomitas Greda, Terrenos Arenosos y Arcillosos Turba DISEÑO DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA HUMEDAD La influencia de la humedad dependerá del tipo de material que compone el terreno. Una determinada cantidad o porcentaje de humedad afectará en forma diferente por ejemplo : a una Arena o a una Arcilla. Existe sin embargo, una expresión analítica aproximada que indica la influencia de la humedad y la temperatura en la Resistividad debido a ALBRECHT. 1.3 x 104 ρ = ————————————— (Ohm-m) (0,73 w2 + 1)(1+ 0,03 t) Donde w es la humedad del suelo en % de peso y t es la temperatura en oC (t >0 oC). DISEÑO DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA COMPACTACION 2 ρ 1 Compactación kg/cm2 La resistividad del suelo es influenciada por la compactación del terreno ya que esta tratará de llegar hasta los niveles naturales de cohesión, un terreno homogéneo y limpio tiende a que sus poros de conexión sean pequeños y uniformes, por lo tanto la curva tiende a ser asintótica a mayor y exagerada compactación. DISEÑO DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA TEMPERATURA Curvas esquemáticas de la Resistividad en función de la temperatura, en las proximidades del punto de congelación del agua : a) Roca de grano grueso b) Roca de grano fino DISEÑO DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA c. ESTUDIOS DE RESISTIVIDAD DEL SUELO DISEÑO DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA d. METODOLOGIA DE WENNER TELURIMETRO C1 P1 A M A V O C2 P2 N B DISEÑO DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA •La Resistividad del terreno se calcula con la siguiente fórmula: ρ =2 π R a Siendo ρ:Resistividad del terreno, expresada en ohm-m R: Valor medido por el telurómetro, expresado en ohm a: Separación entre piquetas, expresada en metros π : constante (3,1416) •La resistividad calculada corresponde a la resistividad del terreno correspondiente a una profundidad a igual a la separación de piquetas. •Variando la distancia a obtendremos la resistividad a distintas profundidades. •Es práctica usual obtener los valores de a = 2,4,6,8,16 y 32 metros. DISEÑO DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA f. CONSTRUCCION DE PUESTAS A TIERRA DISEÑO DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA POZO VERTICAL CON JABALINA Y HELICOIDAL DISEÑO DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA g. TRATAMIENTOS QUIMICOS •Debe ser empleado cuando: •Existe una puesta a tierra con una resistencia que no es la deseada y no puede ser mejorada. •No existe otra alternativa posible; por ejemplo: cambiar de ubicación la puesta a tierra. •Características del Tratamiento Químico: •Altamente higroscópico •No lixiviable •Baja la resistividad del suelo •No corrosivo •Químicamente estable •No es tóxico •No causa daño a la naturaleza DISEÑO DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA TIPOS DE TRATAMIENTOS QUIMICOS •Bentonita: Material arcilloso que tiene las siguientes propiedades: Altamente higroscópico Retiene la humedad Buena conductora de la electricidad Baja resistividad(1,2 a 4 Ω-m) No es corrosiva (pH alcalino) Protege al electrodo contra la corrosión natural del suelo. DISEÑO DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA TIPOS DE TRATAMIENTOS QUIMICOS •Gel: Constituído de una mezcla de distintas sales que, en presencia de agua, forman un agente activo. Sus propiedades son: Químicamente estable No es soluble en agua Higroscópico No es corrosivo No es atacado por los ácidos contenidos en el suelo. Su efecto es de larga duración. DISEÑO DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA TIPOS DE TRATAMIENTOS QUIMICOS •Cemento conductivo: Una mezcla de sustancias minerales en proporción adecuada crean una sustancia química estable muy conductiva. Trabaja mejor en contrapesos horizontales. Sus propiedades son: Químicamente estable Resistente a la corrosión No necesita agua Absorbe humedad del medio circundante. No contamina Su efecto es de larga duración. Reduce la impedancia a las sobre tensiones PUESTA A TIERRA DE REDES DE COMPUTO b. TIERRA DE REFERENCIA CERO DEL SISTEMA •El termino “Tierra del sistema” se refiere a un cable o alambre aislado, separado y dedicado (aislamiento verde, o verde con rayas amarillas), conectado a tierra, instalado para computadoras y equipos a base de microprocesadores. •El propósito de este “sistema” a tierra, es proporcionar un sistema “limpio”, libre de ruidos (interferencia electromagnética), de referencia cero de tierra para las fuentes de potencia cc y datos. •El conductor de tierra aislada debe correr conjuntamente con los conductores del circuito, el conductor neutro y el conductor de tierra de protección y podrá pasar o cruzar a través del tablero o panel de control. PUESTA A TIERRA DE REDES DE COMPUTO b. TIERRA DE REFERENCIA CERO DEL SISTEMA •El conductor para la “Tierra del sistema” no se conecta al conducto o tablero de distribución secundarios por los cuales se desplaza. PUESTA A TIERRA DE REDES DE COMPUTO c. CONEXIÓN DE TIERRA PARA LA OPERACIÓN CONFIABLE DE COMPUTADORAS •El concepto de único punto de conexión a tierra se ha establecido como estándar para una conexión a tierra para equipo electrónico sensible. •Es de suma importancia para la confiabilidad de un equipo y una satisfactoria operación de los sistemas computarizados y otros modernos sistemas electrónicos, el establecer un punto único de referencia de tierra. •Esta técnica se basa en mantener un plano equipotencial para todos los equipos y así evitar diferencia de voltajes peligrosos o que puedan afectar el buen funcionamiento del equipo electrónico. •Es siempre necesario, para evitar ruidos e interferencias debido a la impedancia de conductores largos, instalar un transformador de aislamiento lo más cerca posible al computador. PUESTA A TIERRA DE REDES DE COMPUTO c. CONEXIÓN DE TIERRA PARA LA OPERACIÓN CONFIABLE DE COMPUTADORAS •Se recomienda que el sistema de tierra del equipo electrónico de la sala de computadoras, instalada en los secundarios del transformador de aislamiento, sea interconectado con el sistema de tierra del edificio. •Esto se hace para establecer un corto circuito entre los sistemas de tierra y mantener todo el sistema al mismo potencial en caso de descargas atmosféricas u otros efectos causados por corrientes de tierra. •El tamaño del cable es crítico para los modernos circuitos electrónicos, el conductor de “Tierra del sistema” debe ser continuo, de calibre completo y aislado de color verde. •Cuando el aislante verde es usado para la Tierra de Protección, use un aislamiento verde con rayas amarillas para la “Tierra del Sistema”. PUESTA A TIERRA DE REDES DE COMPUTO c. CONEXIÓN DE TIERRA PARA LA OPERACIÓN CONFIABLE DE COMPUTADORAS •“Calibre completo” significa, un conductor de cobre de un mínimo #8 AWG o del mismo calibre que de los conductores de fase. •Cuanto más grande el tamaño del conductor de Tierra del Sistema, más baja es la impedancia de retorno al sistema de conexión a tierra del edificio. •Cuanto más baja la impedancia, más callada (libre de ruidos eléctricos) la lógica de referencia. •El resultado es un mejor funcionamiento del sistema. •Ningún sistema computarizado puede operar eficientemente sin un sistema a tierra de baja impedancia. PUESTA A TIERRA DE REDES DE COMPUTO d. FORMA DE DETECTAR UN SISTEMA INCORRECTO NEUTRO-TIERRA •La relación de voltaje entre el conductor Neutro y de Tierra puede ser una buena indicación de la calidad del sistema a tierra. •En una buena instalación, todas las conexiones del cableado son de mínima resistencia y su número es mantenido en un mínimo. •Tampoco existen corrientes que fluyen en el conductor de conexión a tierra. •Si el conductor neutro porta una corriente, habrá un voltaje generado entre el neutro y los conductores de tierra. •Este voltaje representa una caída de voltaje en el conductor neutro. PUESTA A TIERRA DE REDES DE COMPUTO d. FORMA DE DETECTAR UN SISTEMA INCORRECTO NEUTRO-TIERRA •Con una apropiada unión Neutro-Tierra, si no existe corriente en el conductor de conexión a tierra, una medida tomada entre el conductor neutro y el conductor de tierra - por ejemplo en un tomacorriente o en un sub-tablero – es una medida del voltaje desde ese punto en el conductor neutro al punto de unión Neutro-Tierra. •El voltaje es el producto de la corriente (amperes), en el conductor neutro, multiplicada por la resistencia del conductor neutro, más cualquier otra conexión resistiva entre el punto de unión neutro-tierra y el punto de medición. •Los fabricantes de equipos electrónicos especifican un máximo voltaje neutro-tierra para sus respectivos equipos. Puede estar especificado en RMS volts, como por ejemplo 0.5Vrms. PUESTA A TIERRA DE REDES DE COMPUTO d. FORMA DE DETECTAR UN SISTEMA INCORRECTO NEUTRO-TIERRA •O en términos de pico a pico, por ejemplo 2Vpp. •El diseño del sistema de distribución para cualquier equipo electrónico debe tener en consideración la última cifra mencionada y el tamaño del cable neutro tendrá que ser escogido para asegurar una caída de voltaje de menos de 2 volts, de pico a pico, ó 0.7VRMS, en el punto de instalación del equipo. •Un voltaje alto neutro-tierra puede causar disrupción de las operaciones y errores de datos a la electrónica cuando este ruido de voltaje es acoplado en la fuente de potencia cc. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES UNICO PUNTO DE CONEXIÓN A TIERRA Estándar de la industria de Telecomunicaciones para poner a tierra el equipo digital de estos sitios. Durante disturbios eléctricos los potenciales pueden variar en diferentes puntos del Sistema. Si el equipo de conmutación u otro equipo sensible, es conectado en varios puntos del Sistema de Tierra, se van a desarrollar diferencias de potencial entre estos equipos. Estas diferencias son DAÑINAS para los equipos. Los daños ocurren cuando estos VOLTAJES producen un flujo de corriente en los cables de señales y circuitos sensibles. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES Estos potenciales peligrosos pueden minimizarse UNIENDO todo el equipo del sitio en un solo punto. Este punto común es la Barra de Tierra Principal. El Sistema de único punto de conexión a tierra se logra conectando todos los elementos de tierra a la Barra de Tierra Principal. Todas las prácticas de Diseño y Operación deben estar en concordancia con el Código Eléctrico Nacional y Normas y Especificaciones de los fabricantes de los equipos. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES Los Sistemas de conexión a tierra de un solo punto MINIMIZAN los efectos de las perturbaciones eléctricas. Un Sistemas a tierra de un sitio de comunicaciones se compone de un número de SUB-SISTEMAS, INTERIORES y EXTERIORES. Estos sub-sistemas consisten de ciertos componentes básicos configurados para lograr los objetivos del sistema a tierra y adaptados a cada sitio de telecomunicaciones. Aunque las configuraciones varían de sitio en sitio, los componentes permanecen generalmente los mismos. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES SUB-SISTEMA DE TIERRA EXTERIOR Para sitios con torres de radio, el propósito de la conexión a tierra es proporcionar una trayectoria de baja impedancia, desde las antenas y la torre, a tierra. La tierra externa del edificio consiste de un conductor desnudo enterrado usualmente en forma de anillo alrededor del edificio. El anillo de tierra exterior proporciona la conexión primaria a tierra. Los dos anillos el de la torre y el del edificio se conectan conjuntamente y son complementados con varillas de tierra. Todos los blindajes de las líneas de transmisión RF son conectados a tierra en diferentes puntos. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES EL ANILLO DE TIERRA EXTERIOR E INTERIOR Figura 1 PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES SUB-SISTEMA DE TIERRA INTERIOR El sistema interior debe tener una trayectoria de baja impedancia a tierra. Debe lograr una mínima diferencia de potencial entre las estructuras conductivas del sitio, mientras eliminan o minimizan, cualquier flujo de sobre corriente a través del equipo. Las conexiones del sub-sistema de tierra interior se efectúan a una barra de cobre llamada Barra de Tierra Principal (MGB). La barra MGB ofrece un punto de baja resistencia para todas las tierras interiores. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES Todo el equipo RF se conecta directamente a la barra MGB. La Barra de Tierra Principal MGB se conecta al anillo de tierra externo, a la conexión a tierra de potencia AC y otras tierras tales como la estructura metálica del edificio. Otras barras auxiliares se conectan a la Barra de Tierra Principal y sirven para poner a tierra cierto grupo de equipos o compartimentos dentro del edificio. Esta configuración de compartimentos o áreas de equipos, aisla los equipos de transitorios mientras que minimiza las diferencias de potencial entre equipos dentro del grupo. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES Las cubiertas de equipos o bastidores deben estar aislados de trayectorias de tierra no planeadas para evitar flujos de corrientes de tierra. Esto se logra ubicando los bastidores o equipos sobre un material aislante para mantenerlo aislado del piso, usualmente de concreto. Un anillo de tierra elevado o anillo interior llamado HALO, se extiende dentro del edificio alrededor del equipo e instalado en la pared conecta partes metálicas no críticas o elementos metálicos inactivos, tales como marcos de puertas. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES CAMPO DE TIERRA DE LA OFICINA CENTRAL El campo de tierra de la oficina central puede ser cualquier electrodo de tierra aprobado por el Código, o cualquier configuración del sistema electrodo de tierra tales como: ♦ Varillas de tierra enterradas. ♦ Un anillo de tierra ó ♦ La combinación de electrodos conectados conjuntamente para formar el sistema electrodo de tierra del sitio. La resistencia a tierra de este campo debe ser menor o igual a 5 Ohms. Sin embargo, la industria recomienda una resistencia a tierra máxima de 1 Ohm. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES BARRA DE TIERRA PRINCIPAL (MGB) La Barra Principal de Tierra (MGB) es el punto común de la conexión para los PRODUCTORES DE SOBREVOLTAJES TRANSITORIOS (P) y los ABSORBEDORES DE CARGA (A), lo mismo que para las tierras de los equipos de ambas áreas las NO - AISLADAS (N), y las AISLADAS (I). La barra MGB es una barra de cobre que está aislada de su soporte y ubicada afuera del área IGZ. Sus dimensiones mínimas son: 457 mm de largo x 78 mm de anchura y 6.35 mm de espesor PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES La barra MGB se monta generalmente en la pared del sitio de telecomunicaciones, proporcionando la ruta más directa del conductor de campo de tierra de la oficina central. Todos los terminales a la barra MGB deben ser conectados al conductor por medio de sujetadores del tipo de lengüetas de dos pernos que tengan conexión de compresión o soldadura exotérmica con el conductor. La configuración de la unión a la barra MGB que se muestra en la Figura 3, facilita la concentración y disipación de altas sobre corrientes generadas afuera del cableado de la planta, equipo de radio, etc. por medio de las secciones (P) y (A) de la barra. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES BARRA DE TIERRA PRINCIPAL Figura 2 PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES MONTAJE DE BARRA DE TIERRA PRINCIPAL Figura 3 PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES Esta mantiene el mismo potencial del voltaje a través de las secciones (N) y (I) de la barra MGB. La secuencia de la conexión es muy importante para la efectividad de la protección total y no debe ser alterada. Los PRODUCTORES DE SOBRE VOLTAJES TRANSITORIOS son aquellas partes metálicas las cuales ofrecen una trayectoria conductiva para las descargas atmosféricas o sobre voltajes transitorios. Ejemplos de productores de sobre voltajes transitorios son: ♦ Las torres de radio / microondas. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES ♦ Blindajes o corazas de cables, ♦ Pares de cables y ♦ Conductores de energía. Los ABSORBEDORES DE SOBRE VOLTAJES TRANSITORIOS son aquellos elementos de un sistema de tierra de una oficina central, que proveen una trayectoria de baja impedancia a tierra. Ejemplos de absorbedores de sobre voltajes transitorios son: ♦ El campo de tierra de la oficina central, ♦ Sistemas metálicos de agua PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES ♦ Tierra de potencia de AC y ♦ La estructura de acero del edificio. El campo de tierra de la oficina principal y los sistemas metálicos de agua son considerados como absorbedores de sobre voltajes transitorios primarios, debido a su trayectoria de baja impedancia a tierra La resistencia del conductor desde la barra MGB al campo de tierra de la oficina central debe ser: Menor a 0.005 Ohms PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES La unión al sistema de agua de la oficina central es un requisito del Código(*) y lo califica como absorbedor primario de sobre voltajes, si el sistema de agua incluye un tubo metálico que este enterrado un mínimo de 3 m(10 pies). La resistencia y calibre del conductor desde la barra MGB hasta la tierra de potencia AC debe ser: Menor a 0.005 Ohms Calibre 2/0 AWG o mayor (*) Referido al NEC (National Electric Code), en nuestro país se aplica en casos muy raros. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES SECCION “P” Las torres de radio/microondas, blindajes de cables telefónicos, pares de cables de teléfono, protectores de sobre voltajes transitorios instalados en la Armazón de Distribución Principal (MDF), los conductores de potencia, son todos productores de sobre voltajes transitorios o SURGES. SURGES Cualquier objeto que proporcione una trayectoria conductiva a las descargas atmosféricas o a los sobre voltajes transitorios (SURGES), debe tener referencia a la sección (P) de la barra MGB. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES SECCION “P” La sección “P” de la Barra de Tierra Principal son el punto de conexión para los generadores de sobre corrientes tales como: ♦ Tierras de los equipos de microondas y radio: gabinetes internos y cubiertas ♦ Barra de tierra para cables de entrada ♦ Barra de tierra de la armazón de distribución principal (MDF) ♦ Marco de tierra del generador PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES SECCION “P” ♦ Ventana de entrada de la guía de ondas ♦ Receptor Multicoupler (RMC). Cada RMC debe tener su conexión a la barra MGB ♦ Terminales del protector de teléfonos ♦ Chasis del generador de emergencia PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES SECCION “N” La sección (N) de la barra MGB es el punto común de referencia a tierra, para todo equipo a tierra no aislado. Las conexiones hechas a la sección (N) son para prevenir diferencias de voltaje entre los armarios metálicos del equipo y los gabinetes fuera del área fuera de la zona IGZ. Todas las estructuras del equipo, el hierro de la barra MDF, armarios para cables, armarios para batería y otras superficies de metales expuestos, que podrían ser energizados, están unidos a la barra MGB en este punto. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES SECCION “N” La sección (N) es también el punto de referencia de tierra para la planta de potencia DC de la oficina central (+48 voltios de retorno). Las conexiones típicas a la sección “N” de la barra de tierra principal son: ♦ Marcos de equipo misceláneo y bastidores ♦ Objetos metálicos ♦ Barra colectora del retorno de batería (+) SECCION “N” ♦ Armarios de baterías ♦ Marcos del cuarto de potencia los cuales no se encuentran aterrizados con cables verdes. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES SECCION “I” La sección (I) de la barra MGB es el punto principal de conexión para las tierras IGZ. Esta tiene típicamente la menor variación de voltaje de las secciones de la barra MGB. Por consiguiente, las conexiones de la barra GWB son hechas de esta sección de la barra MGB. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES ZONA AISLADA DE TIERRA (IGZ) La Zona Aislada de Tierra se define como el área donde todo el equipo y sus componentes de hierro contenidos allí dentro están aislados de las otras tierras y sus conexiones a tierra, excepto una conexión única a la Barra de Ventana a Tierra (GWB). Todo el equipo ubicado dentro de la zona IGZ flota a un potencial de voltaje igual al de la barra GWB, debido a que el concepto de un solo punto de tierra, es utilizado. Cuando todas las cargas de la electrónica sensitiva operan al mismo potencial, ningún voltaje que cause daños puede ocurrir y aún más, las sobre corrientes son eliminadas. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES La armadura de todo el equipo ubicado dentro de la zona IGZ debe estar conectado a tierra por medio de una conexión a la Barra de la Ventana a Tierra (GWB). La barra GWB esta ubicada en la zona IGZ y de la misma forma que la barra MGB, es de cobre y aislada de sus soportes. La resistencia y calibre del conductor desde la barra GWB hasta la barra MGB debe ser: Menor a 0.005 Ohms Calibre 2/0 AWG o mayor PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES Algunos fabricantes recomiendan la utilización de dos conductores paralelos – uno junto al otro – para conectar la barra GWB a la barra MGB. Equipo típico que se ubica dentro de la zona IGZ incluye: Conmutadores digitales. Equipo de transmisión de fibras ópticas Multiplexores, equipo de transporte digital. Inversores que proporcionan potencia AC dentro de la zona IGZ. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES Armarios de cables ubicados dentro de esta zona. Equipo de telefonía digital. Inversores (convertidores de DC a AC) se usaran para proporcionar potencia AC dentro de la zona de tierra aislada. Los inversores deben estar instalados físicamente dentro de la zona IGZ y la salida del inversor debe estar conectado a tierra. Los dispositivos que requieren AC, los cuales están o serán conectados al equipo de conmutación y transmisión dentro de la zona IGZ, debe ser alimentados por tomacorrientes suministrados por inversores. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES Ejemplos de estos equipos son: Teletipos/Impresoras Terminales de video Moduladores o Modems Equipo de prueba Consolas de mantenimiento / posiciones. Se prefiere que la zona IGZ sea ubicada en una sala separada, para proveer un espacio de separación mínimo de 1.8 m (6 pies), del equipo ubicado en el área fuera de la zona IGZ. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES Es importante controlar la estática en la zona IGZ para que tierras incidentales o extrañas no entren en contacto con el equipo dentro de esta zona IGZ excepto a través de la barra GWB. Para mantener la integridad de la zona IGZ, todo el equipo dentro de esta zona debe estar eléctricamente aislado del piso, paredes y cielo raso. Esto incluye: ♦Gabinetes de conmutadores digitales de patas no conductivas. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES ♦Armarios de relés aislados del piso y los pernos de anclaje, por medio de bujes no conductivos. ♦Armarios de cables aislados de la pared. ♦Cielos rasos y Todos los puntos de contacto con los armarios de cables fuera de la zona IGZ. Algunos equipos de transmisión pueden tener el retorno de batería internamente conectado a su chasis. Este tipo de equipos deben estar eléctricamente aislados de los armarios donde este montado, usando tornillos y herrajes no conductivos. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES La integridad de la zona IGZ también se mantiene mientras se cumpla con la Normatividad del Código. Esto significa que si tomacorrientes de AC alimentados por inversores se van a ubicar en la zona IGZ, es necesario usar cajas no conductivas para los tomacorrientes. También hay que asegurarse de que el conducto metálico esté aislado del equipo IGZ. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES ZONA DE TIERRA NO-AISLADA El equipo ubicado fuera de los límites de la zona IGZ es típicamente de tratamiento para los circuitos electrónicos, transportador analógico, fuente de potencia y la Armazón de Distribución Principal (MDF). Los armarios montados fuera de la zona aislada IGZ deben ser aislados de todas las tierras a excepción de la conexión de regreso a la sección (N) de la barra MGB. Este aislamiento asegurará que el equipo no esté en la trayectoria de sobre voltajes transitorios eléctricos que puedan desarrollarse a través de conexiones a tierra incidentales o desconocidas. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES REDES DE BAJA FRECUENCIA Las oficinas de conmutación, las cuales son redes de baja frecuencia, generalmente operan a frecuencias entre DC y 300 Khz. Una red de baja frecuencia aísla sus señales de otras redes incluyendo las tierras de las estructuras, la tierra de seguridad, la de rayos y de potencia. También previene que se desarrollen corrientes parásitas, primariamente de 60 Hz, las cuales pueden desarrollar potenciales entre puntos del sistema de tierra. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES La red de baja frecuencia debe estar conectada al sistema de electrodo de tierra en un solo punto (único punto de conexión a tierra) y debe estar configurado para minimizar la longitud de la trayectoria del conductor. Pueden ocurrir daños cuando estos potenciales de voltaje provocan un flujo de corriente sobre el cableado de señales y finalmente a través del sensitivo circuito digital. Conectando a tierra todo el equipo de la oficina central a un solo punto, minimizará el daño debido a diferencia de voltajes. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES CONEXIÓN A TIERRA DE ANTENAS Y ESTRUCTURAS Los conductores deben ser aislados y seguir la trayectoria más directa para minimizar la inductancia que impedirá las sobre corrientes. Cualquier doblamiento del cable debe ser gradual. Algunos fabricantes proveen directivas relacionadas con el mínimo radio de curvatura. Los Conductores de tierra asociados con los productores de sobre voltajes transitorios o los absorbedores de sobre voltajes transitorios, no deben ser enrutados en proximidad y en paralelo a otros conductores de tierra, especialmente los de la zona IGZ. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES Se deben evitar corridas de cable a través de los armarios de cables o por el interior de cualquier componente de hierro y utilizar conductores no metálicos. Las conexiones a las barras MGB y GWB deben efectuarse con fijadores del tipo de dos pernos que tengan una conexión de compresión o de soldadura exotérmica, ver Figura 6. Se recomienda usar una grasa anticorrosiva. Deben colocarse Rótulos o identificadores permanentes sobre los conductores de tierra para identificar su origen. Los conductores de tierra conectados a las barras MGB y GWB deben ser identificados en ambos extremos. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES CONEXIÓN A TIERRA DE ANTENAS Y ESTRUCTURAS Figura 7 PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES REDES DE ALTA FRECUENCIA ANILLO DE TIERRA INTERIOR O HALO Los sitios celulares, los cuales son redes de alta frecuencia, requieren un plano de tierra equipotencial. Entre más extenso sea este plano de tierra más efectivo en minimizar las diferencias de potencial entre equipos interconectados a alta frecuencia. En una instalación típica, el anillo de tierra interior o halo, proporciona este plano equipotencial. Usando este concepto se protege el sitio de los pulsos electromagnéticos de alta frecuencia y los producidos por descargas atmosféricas. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES ANILLO DE TIERRA INTERIOR O HALO La forma correcta de utilizar el halo en una caseta de comunicaciones es usarlo como un blindaje de Faraday. Si se conecta en los cuatro rincones de la estructura al anillo de tierra exterior va a funcionar como un plano de tierra invertido para bloquear las radio frecuencias y los campos inducidos a los circuitos por las descargas atmosféricas. Solamente metal inactivo debe conectarse al halo, como los ductos del aire acondicionado y calefacción, los marcos metálicos de las puestas, etc. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES ANILLO DE TIERRA INTERIOR O HALO Siempre se utiliza un punto único de conexión a tierra y el halo deber ser parte de este sistema. Los equipos no deben conectarse al anillo interior o halo. Los conductores dentro de la estructura desarrollan voltajes en distancias relativamente cortas como resultado de los campos electromagnéticos. Si los conductores de tierra del equipo son unidos al halo alrededor del cuarto, se pierde el control de las corrientes que buscan la tierra y se pueden desarrollar potenciales entre gabinetes causando daños o disrupciones. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES ANILLO DE TIERRA INTERIOR O HALO Para prevenir estos problemas, todas las tierras de los equipos deben ser conectadas directamente a la Barra de Tierra Principal y mantener así el sistema de único punto de conexión a tierra. La Barra de Tierra Principal se conecta al anillo exterior y puede conectarse en más de un punto. Es importante notar que el halo no se conecta a la barra de tierra principal. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES ANILLO DE TIERRA INTERIOR (HALO) Figura 8 PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES ANILLO DE TIERRA INTERIOR O HALO El Halo debe: ♦ Ser instalado aproximadamente 15 cm por debajo del techo interior de la caseta o estructura ♦ Cuando se conecta al anillo de tierra exterior en las cuatro esquinas de la estructura no debe conectarse a la Barra de Tierra Principal. La Barra de Tierra Principal se conecta al anillo de tierra exterior. No debe existir una conexión entre el halo y la Barra de Tierra Principal. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES ANILLO DE TIERRA INTERIOR O HALO ♦ Cuando se conecta el halo a la Barra de Tierra Principal, no debe existir ninguna conexión entre el halo y el anillo de tierra exterior. De esta forma se mantiene el concepto de único punto de conexión de tierra. Es importante para minimizar la diferencia de potencial entre puntos de la red de referencia de señal de alta frecuencia, mantener la resistencia DC entre dos puntos de un chasis o gabinete del equipo a resistencias menores de 1 mili Ohm (0.001 Ohm). PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES ANILLO DE TIERRA INTERIOR O HALO Es importante tener presente que se ha determinado que aproximadamente 70% de la energía de un rayo se disipa a tierra por medio de la torre debido a su baja impedancia comparada con el conductor bajante el cual disipa aproximadamente un 30% de esta energía. Por lo tanto, para cumplir con las regulaciones del código, el cual exige como mínimo dos conductores bajantes para cualquier estructura, se considera que la torre misma es un conductor bajante. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES ANILLO DE TIERRA INTERIOR O HALO Por lo tanto, todas las conexiones a tierra del equipo ubicado en las torres, deben conectarse a tierra por medio de la torre y no al conductor bajante. Usualmente se utiliza un travesaño conectado a la torre, de acero o cobre para efectuar estas uniones de tierra de los equipos montados sobre la torre. Por esto es importante la protección para desviar la energía del impacto de un rayo al sistema de tierra. Un impacto directo o cercano, pueden hacer oscilar una antena ya que es un circuito sintonizado. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES ANILLO DE TIERRA INTERIOR O HALO Pero solo una antena conectada a tierra puede soportar el impacto. La forma de onda resonante tendrá todas las resonancias presentes en la antena. Esto indica que tanto la resonancia en frecuencia como las demás frecuencias bajarán en la línea de transmisión hasta el equipo. Una antena que no se encuentre conectada a tierra sufrirá el salto del arco entre el conductor central del cable coaxial y el blindaje exterior. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES ANILLO DE TIERRA INTERIOR O HALO Esto creará una serie de componentes de alta frecuencia que circularan en la línea de transmisión hasta el equipo. También es importante considerar, para la protección frente a radio frecuencia, el EFECTO PELICULAR. PELICULAR El Efecto Pelicular es un fenómeno físico que se relaciona con la profundidad de penetración de una señal de radio frecuencia o RF, en un conductor, de acuerdo a su frecuencia. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES ANILLO DE TIERRA INTERIOR O HALO Este efecto esta presente en el cable coaxial que mantiene a la señal RF dentro y mantiene las interferencias exteriores acopladas en el blindaje exterior. Esto empieza a caer a medida que la frecuencia comienza a bajar y la penetración comienza a mezclar la energía de interferencia en el blindaje exterior del cable coaxial con la señal interna en el conductor central. En el caso de los rayos, las frecuencias fluctúan entre CC y aproximadamente 1 Mhz, una escala que afecta al cable coaxial y se llama impedancia de transmisión. PUESTA A TIERRA DE SITIOS DE TELECOMUNICACIONES ANILLO DE TIERRA INTERIOR O HALO Mientras más grueso el material del blindaje, menor el efecto de las corrientes de baja frecuencia. En el caso del cable coaxial, el conductor central posee mayor inductancia así que las pulsaciones se demoran más tiempo en propagarse que en el blindaje del cable. Por lo tanto es necesario compensar esta diferencia de tensión, con un protector, para evitar que afecte el equipo. SOBRETENSIONES TRANSITORIAS IDEAS CLAVES PARA PROTEGERSE