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El Cómo y Porqué del

Aterramiento Aislado

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Por: Thomas M. Gruzs, Liebert de Corporación, Colón, Ohio

Traducción: Jaime Vázquez parada  

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. 

 Otra forma más problemática de ruido de modo común son las diferencias de potencial de la tierra a lo largo de un sistema eléctrico. Cuando los múltiples dispositivos electrónicos son interconectados para manejar controladores, datos o comunicación cablegráfica, cualquier diferencia de potencial a tierra entre los componentes del equipo se convierte en ruido para los controladores, datos o circuitos de comunicación. Es virtualmente imposible mantener todos los chasis a potencial de tierra o a los dispositivos electrónicos al mismo potencial bajo todas las circunstancias posibles.

 Por lo tanto, debe diseñarse algún nivel de inmunidad al ruido de modo común, en los dispositivos electrónicos que se piensen conectar. Adicionalmente, supresores de pico, el cableado, el blindaje, y el aterramiento del sistema eléctrico del edificio (incluyendo los controladores, datos y la comunicación cablegráfica) puede tener un efecto pronunciado sobre los niveles de señales de modo común a la cual los equipos electrónicos están expuestos.

 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 . Para mayor información sobre los fundamentos en el control de ruido, ver Referencia 1.

 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 aisla 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 voltajes de los circuitos, estabilizar el voltaje de los circuitos a tierra, y facilitar la operación del dispositivo de protección para sobrecorriente (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 standard.

 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.

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