tierra aislada para los equipos electronicos

Compendio sobre Tierra Aislada JAM Página 1

Circuitos de tierra aislada para equipos electrónicos.

El Computador como muchos dispositivos electrónicos está diseñado para tener una corriente estable y con una conexión llamada tierra. La computadora necesita normalmente un suministro monofásico que conste de 1 fase, 1 neutro y 1 tierra para que funcione adecuadamente. Correctamente cada casa o edificio debe tener una entrada eléctrica de dos cables para suministro monofásico (1 Fase y 1 común, o como aquí en muchos lados de Perú 2 fases de 110v que dan 220v), y 4 cables para suministro trifásico (3 fases y 1 común). El cable común, conocido como neutro, es un cable de referencia que va conectado en la tierra de los transformadores de baja tención. También se debe tener una barra de cobre enterrado al lado del edificio o vivienda (Pozo a tierra) y desde este se debe de conectar un cable adicional llamado tierra. Todos estos cables deben de llegar al tablero de distribución para ser repartidos. En total el suministro monofásico debería llevar 3 cables a tu tablero de distribución (Fase o vivo, Neutro y Tierra) y el trifásico debería llevar 5 cables a tu tablero de distribución (3 de fase, 1 neutro y 1 tierra). El suministro trifásico es más potente porque tiene 3 cables de energía monofásica, ligeramente desfasados entre sí (120 grados entre cada fase) lo que puede asegurar un suministro constante de energía a motores y otros equipos, además de que del suministro trifásico se pueden derivar fácilmente 3 suministros monofásicos, uno de cada fase. Lo que se tiene que contemplar es que se debe balancear las cargas de cada fase (que tengas cargas similares) para que el suministro trifásico sea más eficiente.

El 95% de las instalaciones eléctricas (y más aún las de computadores) no

cumplen con estas normas en la instalación de energía eléctrica.


Además es recomendable seguir las normas de otros países que requieren que exista una conexión que ponga a tierra el conductor neutro y todos los conductos, cajas y gabinetes metálicos de la instalación, además de los aparatos eléctricos que requieran conexión a tierra.

En ningún caso se puede utilizar un mismo conductor para el neutro y la tierra y en el único punto de la instalación donde deben unirse los dos conductores es en el tablero principal de distribución (o en el transformador de aislamiento cuando se tenga un sistema derivado separadamente). A partir de dicho punto, el neutro debe permanecer completamente aislado de la tierra, tal como si se tratara de un conductor de fase (vivo).

Conceptos básicos.

Los conductores utilizados para alimentar los aparatos eléctricos se conocen como vivo y neutro (o común). El vivo, conocido también como “fase”, es el encargado de llevarle la corriente al equipo y debe ir desde el transformador público, pasando por la llave electromagnética (disyuntor que se dispara cuando la corriente excede la capacidad de los cables) y el interruptor (El interruptor del equipo o aparato eléctrico) que permite encenderlo o apagarlo. Una vez la corriente haya alimentado el equipo, debe regresar nuevamente hasta el transformador utilizando el conductor neutro.

La mayoría de las instalaciones residenciales y rurales tienen dos vivos de 110 voltios (220 entre ellos) mientras que las de los edificios y las zonas industriales tienen tres vivos de 120 voltios (208 entre ellos). En todas las instalaciones (no es cierto pero debería), las empresas de energía conectan el neutro a una varilla enterrada (electrodo) al pie del poste del transformador, con lo cual le aplican el mismo voltaje (tensión) del terreno donde está situada la edificación (cero voltios), de tal manera que cualquier persona podría tocarlo sin electrizarse. Sin embargo, hay que tener la precaución de no tocar los conductores vivos a menos que la persona se aísle completamente. Recuerde que la corriente eléctrica sólo circula si varias partes del cuerpo tocan voltajes diferentes (observe que las golondrinas sólo tocan un cable de alta tensión a la vez).

Con el fin de garantizar que al apagar el interruptor se desconecte el conductor vivo, para impedir la entrada de la corriente al equipo (y no el neutro para evitar su salida), en otros países se exige la utilización de tomacorrientes polarizados que se distinguen por tener el conector del neutro un poco mayor que el de la fase. Todos los equipos que tengan gabinete metálico deben utilizar tomacorrientes con polo de tierra, los cuales, además de ser polarizados, tienen un tercer conector conocido como “polo de tierra”.

El concepto de tierra es uno de los más importantes y menos entendido por los responsables de diseñar las instalaciones eléctricas, al igual que por los jefes de


sistemas, técnicos e instaladores de computadores. La finalidad primordial de la tierra es garantizar la protección de las personas que estén en contacto directo con equipos eléctricos o con sus gabinetes metálicos, limitando su tensión en caso de una descarga atmosférica y garantizando el disparo inmediato de los breakers o fusibles en caso de un cortocircuito. Además, en el caso de los computadores, la tierra debe servirles de referencia común para los circuitos digitales y las comunicaciones electrónicas (Redes, conexión a impresoras u otros equipos, así como referencia de voltajes de dispositivos internos).

La mayoría de las instalaciones eléctricas no cuentan con una varilla enterrada (electrodo) al pie del tablero principal (algunas la tienen al pie del contador) que “ponga a tierra” el conductor neutro (reforzando la labor del electrodo de tierra del transformador público) y en muy pocos casos poseen un conductor de tierra que a partir de dicho tablero, conecte todos los conductos y cajas metálicas de la instalación, además de los equipos que requieran conexión a tierra.

Dejar desconectado el polo de tierra del tomacorriente no es más que un engaño(enchufe 1): el computador queda completamente desprotegido ante un cortocircuito y expuesto a las descargas estáticas y al ruido eléctrico de modo común (voltaje entre el neutro y la tierra) que representan su mayor peligro, además de con el tiempo deteriorar los sistemas de protección de ruido eléctrico de los mismos, al no contar con un punto de descarga que les permita un correcto funcionamiento. Conectar el polo de tierra a una varilla independiente (enchufe 2) es el procedimiento más común a pesar de estar expresamente prohibido en algunos países (a menos que se utilice un transformador de aislamiento) ya que no protege contra cortos y en caso de presentarse un rayo en el transformador público se producen arcos de corriente entre el neutro y la tierra que pueden quemar el computador aunque se encuentre apagado o tenga regulador de voltaje, UPS o cortapicos. Nunca se debe utilizar el conductor neutro como tierra (enchufe 3), ya que no sólo el computador queda expuesto al voltaje residual del neutro (ruido eléctrico) sino que podría electrizarse en caso de desconectarse accidentalmente el neutro o de invertirse la polaridad del circuito. El neutro y la tierra deben ser conductores completamente diferentes y sólo se deben unir en el tablero principal o en un transformador de aislamiento. Por eso hacer un “puente” entre el neutro y la tierra del tomacorriente como lo han sugerido algunos post que he leído al hacer este articulo puede dañar los equipos. Conectar el polo de tierra al conductor general de tierra (enchufe 4) proveniente del tablero principal parecería la solución ideal ya que así lo permite el reglamento de algunos países (como por ejemplo El CEN de Colombia). Sin embargo, la mayoría de los fabricantes de computadores recomiendan algo diferente:

Requisitos especiales de los computadores. -Utilizar una línea de tierra aislada que no sea compartida por otros equipos ni toque los conductos, las cajas, ni los gabinetes metálicos de la instalación eléctrica para evitar el “ruido eléctrico” inducido por cortos o fallas en otros circuitos (Que contradice o son diferentes a las tomas comunes a tierra). -Verificar que el voltaje entre el neutro y la tierra en el tomacorriente del computador permanezca por debajo de uno o dos voltios para garantizar la seguridad de las comunicaciones electrónicas entre los distintos componentes de


computador (y entre éste y los demás computadores interconectados en red). Para que esto siempre se cumpla se usa un transformador de aislamiento. -Para lograr una línea de tierra aislada se debe instalar un cable aislado (no desnudo) y preferiblemente sin empalmes, desde la “barra de tierras” del tablero principal hasta las tomas de los computadores, verificando que éstos sean tomacorrientes especiales de tierra aislada, donde el polo de tierra no haga contacto con la caja metálica de conexiones como sí ocurre en las tomas normales con polo a tierra.

Instalación de redes de computadores Recuerde que una de las finalidades de la de tierra es proporcionar una referencia común para las comunicaciones electrónicas de los computadores, por lo tanto, para garantizar una comunicación confiable y evitar daños en los módulos de comunicaciones (al presentarse voltajes diferentes en los extremos de los cables de datos), todos los computadores, impresoras y equipos de comunicaciones de una red local deben utilizar la misma tierra como referencia a menos que su comunicación sea inalámbrica (fibra óptica, radio-frecuencia, rayos infrarrojos, etc.). Cuando hay muchos computadores situados en una misma área, se recomienda utilizar un transformador de aislamiento general y diseñar, a partir de él, una instalación eléctrica exclusiva para los computadores: A la salida del acondicionador se debe instalar un tablero auxiliar con “barras aisladas” para neutros y tierras, y para minimizar la caída de tensión en los conductores no se deben manejar más de 10 ó 15 amperios en cada circuito ni compartir cables entre circuitos diferentes. Los neutros deben ser blancos o grises, las tierras verdes (continuo o con rayas amarillas) y los vivos negros o de cualquier otro color diferente. Cuando el receptáculo de aterramiento se instala en una caja metálica, este deberá aislarse del montaje restante, aislando el circuito de tierra del sistema de tuberías aterradas. El aterramiento de equipo electrónico sensible se cree sea cosa de magia negra. Una técnica de aterramiento frecuentemente utilizada en equipo electrónico sensible; que ha contribuido a esta aura de misterio, es la tierra aislada. Existe mucha confusión acerca de lo que es la " tierra aislada" (IG) , como se implementa, y por qué se usa. Ruido como Interferencia. El ruido de modo común es una perturbación de la potencia particularmente difícil de controlar. El ruido de modo común, como su nombre lo indica, es cualquier señal indeseable que es común a todos los conductores de circuito simultáneamente. La otra forma de ruido es el de modo normal (también conocido como transverso o ruido de modo diferencial) que es cualquier señal indeseable que existe entre los conductores del circuito. En sistemas de potencia alterna AC, la diferencia de potencial entre neutro y tierra es una forma de ruido de modo común, cualquier cambio en el potencial de neutro con respecto a tierra también afecta la diferencia de potencial de los otros conductores del circuito con respecto a tierra. Debido a que diferencias de potencial en el aterramiento de equipos (o cambios en el potencial) afectan la operación segura de dispositivos electrónicos. Los diseñadores, instaladores y personal de servicio han sido muy específicos en


algunos requerimientos especiales para el aterramiento. La mayoría de estas técnicas especiales de aterramiento han evolucionado basadas en pruebas empíricas (ensayo y error) más que sobre el análisis detallado. Algunos de los más creativo arreglos para el aterramiento se idean en función de la reducción del ruido, pero frecuentemente ignoran los principios básicos de electricidad, tales como que la electricidad sigue las trayectorias de impedancia menor, la electricidad fluye en trayectorias cerradas y también que la electricidad fluye debido a que existe diferencia de potencial. Adicionalmente, cuando se trata de reducir los efectos de "ruido," los fundamentos del acoplamiento de ruido se ignoran. Una técnica de aterramiento especial aplicada en bajo voltaje (en sistemas AC ), para reducir interferencia se conoce como aterramiento aislado (IG). IG está permitido en los U.S. por el Código Eléctrico Nacional (NEC)2 y en el Canadá por el Código Eléctrico Canadiense (CEC)3. En ambos casos, IG es una excepción a la norma estándar de aterramiento. NEC 250-74 y 250-75 que permite aplicar IG donde se requiera reducción de ruido eléctrico sobre el circuito de tierra IG de Receptáculos. El IG de receptáculos difiere de los receptáculos estándares en dos manera importante,. (Figura)1. Primero: con un receptáculo IG, el receptáculo de tierra se encuentra aislado eléctricamente del receptáculo del cajetín, lo cual aísla al receptáculo del circuito de tierra de la tubería metálica aterrada cuando se conecta el receptáculo en un cajetín metálico. De aquí el término tierra aislada. Segundo: para diferenciar el receptáculo IG de los receptáculos estándares, la cara del receptáculo se colorea de naranja o se marca con un triángulo anaranjado. El aislamiento del terminal de tierra en el receptáculo del cajetín es la diferencia eléctrica importante, que existe. Un receptáculo IG se usa a veces a causa de su marca distintiva. De esta manera, el receptáculo anaranjado nítido indica que el receptáculo será usado exclusivamente para equipo electrónico sensible y que las otras cargas "sucias" no deberán ser enchufadas en el receptáculo IG. Figura 1. Comparación de un Receptáculo Estándar Con un IG de Receptáculo. El propósito primario del aterramiento en sistemas de potencia alterna (AC) es la seguridad del personal y el equipo. El propósito secundario de aterrar el sistema de potencia AC para equipos electrónicos sensibles es el propio desempeño del equipo, específicamente la reducción de perturbaciones de modo común. Muchas veces estos dos propósitos se inspeccionan probabilísticamente de forma separada como si fueran mutuamente excluyentes. ¿ Sin embargo, qué bueno puede ser un sistema que funcione pero que no sea seguro o viceversa? La meta del aterramiento en sistemas electrónicos sensibles debe ser proveer sistemas seguros y que funcionen correctamente. El propósito del aterramiento siempre debe ser el de la seguridad y nunca deberá ser precedido por el del funcionamiento. Por lo tanto, los requerimientos del CEN (código eléctrico nacional NEC) en cuanto al aterramiento y la seguridad nunca deberán ser comprometidos en aras del funcionamiento. Las razones básicas para el aterramiento en sistema de potencia alterna AC son: limitar el voltaje de los circuitos, estabilizar el voltaje de los circuitos a tierra, y facilitar la operación del dispositivo de protección para sobre corriente (OPD) en caso de una falla a tierra. Para aterrar sólidamente los sistemas de potencia AC de bajo voltaje, el CEN (NEC) requiere que todas las partes metálicas del sistema eléctrico sean efectivamente aterradas para minimizar las descargas eléctricas por diferencia de potencial y para facilitar la operación del OPD para despejar fallas a


tierra. El NEC define efectivamente aterrado como tener un camino a tierra que: (1) es permanente y continuo, (2) tiene amplia capacidad para transportar corriente de fallas a tierra, y (3) tiene impedancia lo suficientemente baja como para permitir la operación del OPD y así despejar una falla rápidamente [NEC 250-51]. Estos requerimientos exigen un conductor permanentemente aterrado y conectado a todas las partes metálicas del sistema eléctrico y a cualquier otra parte conductora que pueda llegar a ser energizada. A fin de facilitar la operación del OPD en despejar fallas a tierra, los conductores de tierra deben conectarse en el punto de tierra del sistema de potencia (barra de tierra a la salida del transformador que los alimenta). En la Figura 2. se puede observar un ejemplo típico del sistema de potencia en baja tensión, cuando se utilizan receptáculos estándar. Si una falla a tierra ocurriera en el lado de la carga, como se observa en la Figura 3, el sistema aterrado proveería una trayectoria efectiva a tierra porque: (1) los conductores de aterramiento son apropiados para ser usados como conductor a tierra según NEC (Código Eléctrico Nacional), están permanentemente conectados y son continuos, (2) los conductores a tierra son del tamaño adecuado según el NEC y tienen suficiente capacidad como para manejar corrientes de falla a tierra., y (3) los conductores cumplen con el NEC al tener impedancia suficientemente baja como para permitir la operación del OPD y despejar una falla rápidamente.


Figura 2. Sistema de potencia típico con aterramiento convencional y Receptáculos Estándares.

Figura 3. Ejemplo de una Falla a tierra con Receptáculos Estándares Grandes discusiones se han dado por este tema de la tierra aislada por ser poco comprendida y entendida.


Cuando el instalador de equipos desempaca un tomógrafo encontrará que en las instrucciones en inglés dirán que el circuito derivado será con "ISOLATED GROUND". Si ocurre como en la mayoría de las veces, que nuestros electricistas jamás asistieron a clases de electricidad, inventarán el concepto de que la tierra física de dicho tiene que estar "aislada o separada" del sistema de tierras de la instalación eléctrica. Inmediatamente propone hacer un "POZO DE TIERRAS" conectado al tomógrafo, pero sin conectar al tablero eléctrico de alimentación. Este mal concepto de "tierra aislada" provoca dos grandes riesgos: Primer riesgo.- Las sobretensiones (rayos) que lleguen a la instalación eléctrica encontrarán un nuevo lugar para llegar a tierra pero, oh sorpresa, no hay una conexión sólida hacia el nuevo pozo de tierra. No importa, como es sobretensión que ha viajado kilómetros a través del aire y las redes eléctricas fácilmente brincará a través del equipo electrónico para llegar al nuevo pozo, fundiendo lo que encuentre a su paso. ¡Adiós costosísimo tomógrafo.! Segundo riesgo.- Si algún conductor eléctrico "vivo" llega a fallar en su aislamiento y toca las partes metálicas del equipo la corriente de falla tendrá que pasar por la resistencia del nuevo pozo de tierra, viajar por tierra y luego subir por el electrodo de tierra de la acometida. Este camino tiene por lo menos 10 a 20 Ohms si bien nos va. La tensión de 120 voltios a través de 20 Ohms nos genera solo 6 Amperes de falla. ¿Resultado? Las protecciones no abren y alguien resultará electrocutado en mayor o menor grado al tocar las partes metálicas del equipo. La tierra aislada, como establece la NOM 001 SEDE y el NEC, se trata de un conductor de puesta a tierra de equipo aislado (jamás desnudo) que corre desde el puente de unión de la instalación hacia el equipo sin tocar eléctricamente tubos ni gabinetes de tableros ni nada que este en contacto eléctrico con el edificio, solo en el puente de unión, el resultado es que se rompen los lazos de tierra, que normalmente encontramos en los sistemas de tierras normales. Dichos lazos de tierra, por ser caminos cerrados, generan corrientes parásitas que permiten ruido electromagnético y contaminan las señales de equipos electrónicos delicados. Existen entonces tableros, canalizaciones, y receptáculos destinados a recibir este conductor de tierra aislado, se identifican con un triángulo y típicamente se identifican en color naranja con las letras "ISOLATED GROUND". Jamás se debe aterrar el equipo a un nuevo pozo de tierras, ya que esto formaría de nuevo el lazo de tierra.


No olviden instalar un segundo conductor de puesta a tierra, usualmente desnudo (tierra "sucia") para aterrar las cajas metálicas de los receptáculos. Tierra Aislada (IG) es una técnica usada frecuentemente con equipo electrónico sensible para reducir el ruido de modo común. La IG aísla 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 radio interferencia (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 (NEC). 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 aterramiento 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 conduit 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 conduit 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 conectada 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 medida en ohm, 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 forma 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 PRÁCTICAS: 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. Se utiliza la frase "equipo electrónico" como sinónimo de aquel aparato que contiene circuitos integrados de alta densidad, conocidos como VLSI. Como ejemplos de ellos, tenemos a nivel doméstico y comercial: computadoras, sistemas de entretenimiento y, sistemas de comunicaciones. A nivel industrial: computadoras, CNCs, sistemas de control y de comunicaciones. Por lo tanto, la frase "equipo electrónico" puede ser sustituida por cualquier de dichos aparatos. TRANSITORIOS E INTERFERENCIAS Los equipos electrónicos no trabajan satisfactoriamente cuando se presentan transitorios o interferencias. 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 la tierra del sistema. Es decir, los efectos en los equipos electrónicos de los transitorios y de gran parte de los tipos de interferencias se eliminan mediante la conexión adecuada de los componentes a una referencia de tierra. CABLES, PANTALLAS Y CANALIZACIONES. Los blindajes de cables usualmente son de metal sólido o una película plástica metalizada con un alambre guía. Para que sea efectiva la protección de los cables internos contra los tipos de interferencias mencionados arriba, el blindaje debe cubrir los conductores, ser continuo entre los extremos y debe estar bien aterrizado. Todos los cables blindados provocan un problema contradictorio. Para mejorar su desempeño para bloquear la interferencia en altas frecuencias, ambos extremos del blindaje deberían estar bien aterrizados. Sin embargo, a menos que ambos extremos estén al mismo potencial, fluirá una pequeña corriente a través del blindaje entre esos puntos. De ahí que, en la práctica, las pantallas en sistemas electrónicos son conectadas únicamente en el extremo más cercano al equipo de control, y se dejan completas y aisladas en el otro extremo, normalmente el lado del sensor. Similarmente una canalización metálica con cables que conduzcan señales lógicas o de control se puede aislar en un extremo para evitar el fenómeno de corrientes de tierra circulando por ella. Para ello, se emplea un cople de PVC y, obviamente, el


otro extremo continúa puesto a tierra de acuerdo con los requisitos de la NOM-001-SEDE-2005{250-}. Para eliminar la mayoría de los problemas por ruido eléctrico inducido en los cables de señal y de control, se recomienda colocarlos a más de 1,5 m de los cables de alta tensión o de gran potencia. Y cuando es necesario cruzarlos, se recomienda que el cruce sea a 90 grados para eliminar cualquier inducción. En el caso de las canalizaciones plásticas segmentadas - canaletas tipo Panduit - que son para llevar fuerza y señal a computadoras, es necesario conocer las condiciones bajo las cuales la canalización está aprobada, ya que no todas las que existen en el mercado evitan que el ruido eléctrico de los cables de fuerza cause una reducción en la velocidad de transmisión de datos. PROTECTORES DE CABLES DE INSTRUMENTACIÓN Y DE COMUNICACIONES. Para controlar las descargas y los fenómenos transitorios, se añaden dispositivos de protección a los cables que conectan entre sí los equipos de computación, instrumentación y de comunicaciones. Estos dispositivos desvían la corriente, bloquean la energía que viaja por los conductores, filtran ciertas frecuencias, regulan voltajes o, realizan una combinación de todas estas tareas. Los protectores funcionan mejor, siempre y cuando se coloquen muy cercanamente al sistema a proteger, ya así que tanto los protectores como el equipo protegido permanecen al mismo potencial bajo condiciones de transitorios. Como familias de protectores tenemos: a) Válvulas de gas; b) Filtros; y c) Semiconductores. 1. VÁLVULAS DE GAS. Estos dispositivos se construyen de tal manera que la trayectoria de la descarga sea de baja impedancia una vez que se sobrepase el nivel máximo de voltaje. Como ejemplo tenemos las válvulas de gas, como son las lámparas de neón. Esta es la clase de protección más lenta pero la que puede manejar más energía al menor costo. Los protectores telefónicos son de esta clase.

2. FILTROS Los filtros comunes contienen elementos pasivos, capacitores e inductores, en configuración pasa-baja. Muchos equipos de comunicaciones (faxes, módems, etc.) tienen este tipo de protección en la conexión de potencia, en forma de una ferrita. Y, con ella protegen el aparato de ruido eléctrico de alta frecuencia. 3. SEMICONDUCTORES

http://www.ruelsa.com/notas/tierras/pe30.html#3.1




Los dispositivos semiconductores son los arreglos más sofisticados. Son más rápidos y baratos pero generalmente manejan menos energía que otras alternativas de igual precio. Y debido a su rango limitado de operación y características, estos dispositivos deben especificarse más precisamente. Nota: Existen dispositivos electrónicos para proteger por corriente o por voltaje. Las resistencias no lineales compuestas de óxidos de zinc en una matriz de óxido de bismuto, llamados varistores, funcionan por voltaje y se manufacturan para manejar un máximo de energía en joule o en watt-segundos. El dispositivo se selecciona para operar a un voltaje ligeramente mayor que el máximo esperado de la fuente de voltaje. Cada varistor de óxido metálico tiene una capacitancia inherente, lo cual crea algunos problemas en señales de altas frecuencias (>135 MHz). Además, un varistor se degrada con el tiempo en operación. La protección con varistores es la más empleada actualmente, tanto en las conexiones de fuerza como en las de los puertos de comunicaciones. Su desventaja es que cuando se dañan por una descarga, los equipos quedan desprotegidos porque fallan siempre abriendo el circuito de descarga. Los diodos de tipo zener o, avalancha son dispositivos más rápidos que los varistores pero no pueden manejar tanta energía como los últimos. Y, ya que no pueden disipar energía, se les usa en ocasiones junto con válvulas con gas, donde el diodo dispara primero y la gran energía se disipa en la válvula de gas. El circuito de un zener consiste de una resistencia o inductancia en serie y el zener conectado en derivación con la carga. Si el rango del zener no es excedido, este dispositivo no se degrada con el tiempo. Sin embargo, debido a su limitada capacidad de corriente, un zener sin otro medio de protección se daña irremediablemente.

La efectividad de estos dispositivos depende de la longitud de la conexión a tierra (al chasís). La más corta es la mejor. Además, se debe tener precaución en no unir los cables de entrada junto a los de salida del protector, por existir la posibilidad de un acoplamiento inductivo entre ellos. Modos de protección.- El modo de protección depende de la conexión al circuito a proteger. Unidades de protección de "modo diferencial" se conectan entre líneas y, los de "modo común", entre los hilos de señal y tierra. Como mínimo, un protector en "modo común" se debe colocar en cada extremo del conductor. Para cancelar el ruido inducido en "modo diferencial" en líneas de instrumentación como en redes de comunicaciones se usan pares trenzados. Así, el ruido se induce igualmente en ambos conductores cancelando el efecto. Como los transitorios también son una forma de ruido, también se inducen en los conductores. Cables multiconductores acoplan la energía del transitorio a todos los


pares de conductores del cable. Y como la energía inducida es la misma, siendo un par o muchos, se disipa más energía en un arreglo multiconductor. Cuando existen más de 6 pares, se emplean protectores conectados en derivación y, cuando son menos, en serie, por ser mayor la energía presente por par. Los protectores en serie consisten de filtros como también de supresores en derivación. Todos los pares que no se usen de un cable multiconductor deben ser conectados a tierra y así, la energía inducida en ellos, pasará directamente a tierra. Ejemplo de aplicación de Protectores: PLC.- Para proteger Controladores Lógicos Programables (PLCs por sus siglas en inglés), la protección estándar dada por varistores en derivación es suficiente. Siempre y cuando no existan cables con señales que provengan de lugares fuera del sistema de tierras al que está conectado el PLC. Cuando se tienen señales provenientes de fuera del sistema de puesta a tierra del PLC, se emplean protectores con aislamiento galvánico. Dichos protectores aíslan eléctricamente la señal que no tiene la misma referencia de tierra. Debido a los requisitos de la puesta a tierra de los equipos eléctricos y debido a la presencia de tuberías metálicas en una planta industrial, es imposible aislar galvánicamente todas las trayectorias de tierra, y esto puede crear lazos de corriente en equipos electrónicos con resultados nefastos. Si éste es el caso, es probable que uniendo las redes de tierras por medio de una red perimetral, y empleando protectores sin separación galvánica, y dejando la pantalla sin conectar en un extremo, se resuelva el problema. La otra solución, es por el momento, la que sugieren los fabricantes de equipos de controles distribuidos y comunicaciones: emplear cables de fibra óptica del tipo sin pantalla metálica. PUESTA A TIERRA DE EQUIPOS ELECTRÓNICOS. Existen cuatro esquemas de aterrizado de equipos electrónicos. Estos son: a) El convencional. b) El esquema de tierra aislada. c) Esquema de tierra aislada total. d) Esquema de malla de referencia. 1. ESQUEMA CONVENCIONAL.

El esquema convencional utiliza únicamente las recomendaciones de puesta a tierra de la NOM {250-} pero no incluye el uso de los contactos de tierra aislada de la sección {250-74 Excepción 4}.

Este esquema encuentra su uso en las instalaciones de PCs donde únicamente existe alumbrado y algún otro equipo eléctrico, tal como en los pequeños comercios









o en las viviendas. Pero, no es recomendado para las instalaciones comerciales, educativas o industriales, porque:

a) Puede resultar excesivamente ruidoso el sistema de tierras.

b) Los transitorios pueden sobrepasar el nivel de aislamiento. c) No es compatible con las recomendaciones de puesta a tierra de la mayoría de los fabricantes de equipos electrónicos. d) El alambrado puede resultar obsoleto cuando se cambien las tarjetas y equipos por otros de una tecnología de mayor velocidad.

2. ESQUEMA DE TIERRA AISLADA Documento en inglés sobre Tierras Aisladas por Liebert Corporation. Traducción al español.. Este esquema es el más socorrido en la industria, y por la mayoría de los proveedores de equipos electrónicos, porque reduce el ruido de modo común, y está descrito en la NOM {250-74 Excepción 4}. En él, la puesta a tierra del equipo es separada de la puesta a tierra de las canalizaciones, así cualquier corriente espuria no afecta a los equipos así conectados. El ruido de modo común es toda señal no deseada que aparece en todos los conductores de señal al mismo tiempo con respecto a la tierra.

El tipo de receptáculo (contacto) para este esquema es diferente, y, tiene un triángulo de color naranja pintado en la placa para diferenciarlo de los receptáculos normales.

http://www.ruelsa.com/notas/tierras/pe30ig.html

http://www.liebert.com/

http://www.ruelsa.com/notas/tierras/pe30ige.html

http://www.ruelsa.com/notas/tierras/pe30ige.html


La frase "tierra aislada" ha sido interpretada equivocadamente como de una tierra separada,

provocando en caso de falla precisamente un voltaje a tierra inseguro para las personas y para los equipos.

En esta configuración se tiene una conexión a tierra relativamente libre de ruido e interferencia para la referencia lógica de los aparatos y, es complementada con la tierra de seguridad convencional del sistema de tierras de potencia. Pero, tiene las siguientes limitaciones:

a) En altas frecuencias, la impedancia del conductor de tierra puede ser demasiado alta para servir de buena conexión. b) El acoplamiento no intencional de los dos sistemas de tierras (aislado y de puesta a tierra de las canalizaciones) dentro de los aparatos o en sus conexiones a cables blindados, puede causar lazos de corriente, resultando en ruidos electrónicos que inutilizan el sistema aislado. Un ejemplo de ese caso, es cuando la impresora está conectada al sistema de tierra normal, y la computadora al sistema de tierra aislado.

3. ESQUEMA DE TIERRA AISLADA TOTAL Este esquema consiste en conectar todas las computadoras, los aparatos e instrumentos a tierra usando una configuración de estrella a partir de un solo punto físico, el cual es un cabezal o placa de conexión -Existen fabricantes de ellas-, el o la cual a su vez está conectada mediante un conductor apropiado a la red general de tierras, de acuerdo con la norma NOM-001-SEDE-2005.


Esta configuración es utilizada en los transmisores de comunicaciones (radiodifusión, sitios celulares, etc.), donde es posible tener un mismo punto de puesta a tierra para todos los equipos y para todas las pantallas de los cables. Sin embargo, también tiene sus limitaciones:

a) Esta configuración puede ser difícil de crear en un ambiente industrial. b) Todos los equipos cercanos deben conectarse de esta manera a tierra o, se pueden tener lazos de corrientes. c) Puede tener una impedancia en alta frecuencia muy alta, que en términos prácticos, la puesta a tierra sea ineficaz. Este problema es posible que no se tenga en la mayoría de equipos industriales, porque no emplean muy altas frecuencias

4. ESQUEMA DE MALLA DE REFERENCIA. La figura muestra esta configuración para una sala o centro de cómputo, con piso falso de tipo celular. Observar que adicionalmente a la estrella mencionada en el punto anterior, los equipos y partes metálicas estructurales se conectan a este tipo de piso mediante trencillas, y que al ofrecer un plano de referencia de tierra, baja la impedancia a tierra en todas las frecuencias.

En el mercado se conoce dicha malla como Signal Reference Grid (SRG) y la comercializa la compañía Erico entre otras. Sus limitantes son: a) Muchos fabricantes de equipos electrónicos industriales no están de acuerdo con su empleo. b) En ambientes industriales, es difícil su implementación. Consideraciones finales.- No importa cuál de los tres últimos métodos se emplee para la puesta a tierra de los equipos electrónicos, la trayectoria de los cables es crucial. Siempre conecte a tierra cada aparato por separado.

http://www.erico.com/products/SRG.asp


Los equipos en racks deben conectarse a tierra mediante cables, no obstante se supondría que los perfiles del rack los pondrían a tierra, lo que no siempre es real porque existen problemas de pintura y de montaje. Este cable es mejor que sea forrado y de color verde para que no cortocircuiten otros cables. El aterrizado de blindajes y el de cables de señal también deben ser parte integral del diseño de sistemas de tierras.

La razón principal para el uso de terrenos aislados es proporcionar un retorno de

tierra libre de ruido, aparte del regreso a tierra del equipo. El circuito EG incluye

todos los conductos metálicos, cajas de distribución y cajas metálicas que

contienen el cableado y deben ser conectados a tierra para proporcionar una ruta

de regreso a salvo en caso de corrientes de falla. El IG 'proporciona un camino de

tierra aislada, separada de la referencia de tierra en los equipos electrónicos, como

computadoras, equipos hospitalarios y equipos de audio. IG ayuda a eliminar el

potencial de un bucle de tierra, lo que puede causar ruido, errores en los datos, y

las interrupciones de estos sistemas. El IG suele aislado y separar todo el camino

de regreso al punto de origen del circuito, ya sea un panel principal o sub-panel. El

IG, EG y neutral están unidos entre sí en ese momento. Debido a la instalación de

un conductor aislado y separado de los puntos de venta especiales asociados

requeridos, circuitos IG son más caros de instalar que los circuitos de potencia

estándar.

Su principal inconveniente es su impedancia por lo general más alta que otros

sistemas de puesta a tierra, lo que resulta en niveles de seguridad ligeramente más

bajos.

Hasta la década de 1950, aislados del suelo de alimentación eléctrica interna

tienden a tener o no RCD ELCB y demasiada alta impedancia de tierra a quemar

un fusible si vivo para faltas a tierra se produjo. Esto podría dejar carpintería

metálica en la casa vivo. El uso de interruptores diferenciales con tales

instalaciones resuelto este problema. Tales instalaciones se llaman EEBAD.

El término británico de tierra aislada es "IT", del Isolee terre francés.

Ruido

Una tierra aislada, si está instalado correctamente, puede reducir el ruido eléctrico.

Sin embargo, la completa de acondicionamiento de potencia y protección por lo

general requieren otros dispositivos, como un protector de sobretensión o un

sistema de alimentación ininterrumpida. El receptáculo Si no se instala

correctamente, puede crear una instalación peligrosa.

tierra aislada para los equipos electronicos

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