Seminario Sistema Puesta a Tierra
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Puesta a Tierra Sistemas Eléctricos de Potencia
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Curso
Puesta a Tierra para Sistemas de Baja Tensión www.gstgrounding.com
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ACREDITACIÓN ACREDITACIÓN UNIVERSITARIA UNIVERSITY OF IDAHO Course: Course: “Electrical Grounding” Course Identification: Identification: # 54667 www.uidaho.edu/registrar/forms.html Tel: (208) 885885-2029 Fax: (208) 885885-9061 NORTH IDAHO COLLEGE Course: Course: “Grounding for Electrical Distribution Systems” Tel: Tel: (208) 769769-7732 Fax: (208)769(208)769-3223 www.nic.edu ENGINEERING INSTITUTE OF CANADA Earn Continuing Education Unit (CEU) Credits
Successful completion of this course qualifies delegates to receive receive a certificate of course completion with indicated CEUs. CEUs. CEUs are granted by the Engineering Institute of Canada. One CEU is equivalent to 10 professional development hours of instruction. The following course earns 1.4 CEUs. CEUs. www.gstgrounding.com
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Introduction - 1
Objectivos Introducción Introducción:: • Terminología oficial utilizada • Concepto General de una “Puesta a Tierra” • Símbolo del Electrodo de Puesta a Tierra • Ilustrar algunas de las trecientas formas más comunes de violar las reglas. • Estándares de la Industria
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Definiciones Oficiales Basadas en el NEC, CEC, IEEE y ANSI A tierra: Conexión entre un circuito o equipo eléctrico y el terreno Barra de Tierra Principal (MGB): Conductor de Tierra colectiva, usualmente una barra de cobre. Conductividad eléctrica (σ (σ): Poder conductor especí específico (inverso de la resistividad) resistividad) Conductor del electrodo de Puesta a Tierra: Conductor para conectar el electrodo de puesta a tierra al conductor de puesta a tierra del equipo, al conductor puesto a tierra o a ambos, en el equipo de acometida. Conductor de Puesta a Tierra del Equipo: Conductor para conectar las partes metá metálicas no conductoras, al conductor del sistema puesto a tierra, al conductor del electrodo de puesta a tierra o a ambos, en el equipo equipo de acometida Conductor Puesto a Tierra: Conductor de un sistema o circuito intencionalmente puesto a tierra. Electrodo de Puesta a Tierra: Conductor o grupo de ellos en intimo contacto con el suelo, para proporcionar una conexió conexión elé eléctrica con el terreno. www.gstgrounding.com
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Equipotencialidad: Equipotencialidad: Principio aplicado en sistema de puesta a tierra. Indica, que todos los puntos que deben ser puestos a tierra, deben deben estar Interconectados. Interruptor de Circuito de Falla a Tierra (GFCI): Interruptor diferencial accionado por corrientes de fuga a tierra. Neutro: Conductor de retorno para todas las corrientes normales de operación. Conductor conectado a tierra, en el equipo de servicio. servicio. Puente de unión principal: Conexión en la acometida entre el conductor del circuito puesto a tierra y el conductor de puesta a tierra del del equipo Puesta a Tierra (Grounding ): Grupo de elementos conductores (Grounding): equipotenciales en contacto eléctrico con el suelo. Puesto a Tierra: Conectado al terreno natural o a algún cuerpo conductor que pueda actuar como tal Puesto a Tierra eficazmente: Conectado al terreno intencionalmente a través de una conexión de baja impedancia, con continuidad, de forma forma permanente y con suficiente ampacidad o capacidad para transportar la corriente de falla de forma segura. Sólidamente Aterrizado: Sistema de tierra sin otra resistencia que la del cable, sin impedancias, resistencias ni inductancias. www.gstgrounding.com
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SIMBOLO DE PUESTA A TIERRA NEC 250.126
• TUBERÍA METÁLICA PARA AGUA (BAJO TIERRA) • VARILLA DE TIERRA • ANILLO DE TIERRA • RADIALES O CONTRAPESOS • ELECTRODO ENCAJADO EN CONCRETO • PLACA METÁLICA • BARRA ELECTROLÍTICA O QUÍMICA • OTRAS ESTRUCTURAS METÁLICAS BAJO TIERRA • MALLA DE TIERRA
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EN LUGAR DE UNA PUESTA A TIERRA
PUESTA AL AIRE www.gstgrounding.com
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Puesta al Aire
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EN LUGAR DE UNA PUESTA A TIERRA
PUESTA A LA PARED www.gstgrounding.com
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Como decía Whitehead: Whitehead: Puedes estar en la Mitad del Camino...................................... Entre la abstracción compleja de la noción matemática.........
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Modelación Digital de Sistemas de Puesta a Tierra Generalmente, la integral se evalúa en el computador; sin embargo, la expresión puede ser evaluada entre los límites iniciales y finales en los ejes u,v,w:
V=
w − w + u + v + (w − w ) ρ1 I p 0 0 0 0 (1 + k ) ln − w + u 2 + v 2 + (w − w ) 2 4πL
2
0
0
2
0
2
0
w − w − 2 z + u 2 + v 2 + (w + w + 2 z ) 2 p 0 s 0 0 0 s ln w + 2 z + u 2 + v 2 + (w + w + 2 z ) 2 0 s 0 0 0 s
+
+
2nh + w − w + u 2 + v 2 + (2nh + w − w ) 2 p 0 0 0 p 0 n k ∑ ln 2 2 2 n =1 2nh − w0 + u 0 + v0 + (2nh − w0 ) ∞
+
2nh + w + w + 2 z + u 2 + v 2 + (2nh + w + w + 2 z ) 2 p 0 s 0 0 p 0 s ln 2 2 2 2nh − w0 + u 0 + v0 + (2nh + w0 + 2 z s )
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……..Como ……..Como decia Whitehead: …………. hasta la má más simple artesanía práctica
PUESTA A LA MACETA www.gstgrounding.com
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Problema de Cableado. www.gstgrounding.com
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Introducción Capítulo 1
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OBJETIVOS DEL CURSO •
Porqué una puesta a tierra es importante Porqué es importante económicamente Los componentes de un sistema de Tierra Los diferentes subsistemas de tierra Los estándares aplicables sobre tierra El contenido del Artículo 250 del NEC y la sección 10 del CEC NFPA Norma Eléctrica Colombiana NTC2050 RETIE Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE
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Razón primordial de una Puesta a Tierra La razón primordial por la cual sistemas y circuitos se ponen a tierra se encuentra en: SECTION 10 OF THE CEC -SECTION 90-1 OF NEC: “LA PROTECCIÓN PRÁCTICA DE LAS PERSONAS FRENTE A:
LOS RIESGOS DE ORIGEN ELÉCTRICO
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Razones de una Puesta a Tierra • LIMITAR EL POTENCIAL A TIERRA • FACILITAR LA OPERACIÓNDE LOS INTERRUPTORES AUTOMÁTICOS DE SEGURIDAD • ESTABILIZAR EL POTENCIAL A TIERRA DURANTE OPERACIONES NORMALES • DRENAR LAS CORRIENTES DE FUGA Y DESCARGAS ELECTROSTÁTICAS
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Aterrizado Adecuadamente
Violación
480V V
Conductor del Electrodo de Tierra Los sistemas se aterrizan con el objeto de estabilizar el voltaje de FaseFase-a- Fase. Fase. Si el sistema no se aterriza, aterriza, el voltaje FaseFase-Tierra puede alcanzar tensiones del orden de 2200 volts debido a la reactancia capacitiva de arcos eléctricos o una falla a tierra. tierra.
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Razones de una Puesta a Tierra: (NEC ARTICLE 250 & CEC 1010-002) • Para proteger la vida humana de los riesgos de electrocución. • Para limitar las sobretensiones eléctricas debido a descargas atmosféricas eléctricas. • Para limitar las tensiones impuestas por contactos accidentales con líneas de mayor tensión. • Para estabilizar la tensión eléctrica a tierra durante su funcionamiento normal.
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Razones de una Puesta a Tierra? Seguridad del personal Protección de los equipos Operación de los equipos Implicaciones jurídicas Razones económicas
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Razones de una Puesta a Tierra. Una Puesta a Tierra adecuada evita gastos incurridos por: •
Heridas o muerte de seres humanos
•
Reparación o reeplazo de equipos
•
Cese de operaciones del sistema
•
Demandas legales tanto civiles como criminales
•
Defensa legal
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Introduction
Diseño del Sistema Eléctrico El objetivo es prevenir todo tipo de fallas incluyendo fallas a tierra. Por medio de: • Diseño Correcto • Instalación Correcta • Mantenimiento Adecuado del Sistema www.gstgrounding.com
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El Mayor Problema de un Sistema Eléctrico La mayor causa de problemas en un sistema eléctrico de distribución, son fallas del aislamiento de los conductores Fallas en el aislamiento tiene como resultado dos tipos de fallas:
• Línea-Línea (Corto Circuito) • Línea-Neutro (Corto Circuito) • Línea- Tierra (Falla a Tierra)
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Fallas en el Sistema Eléctrico La falla con menor probabilidad de producirse es la falla: Línea-Línea ó Línea-Neutro.
•
La experiencia ha demostrado que la mayoría de fallas en el aislamiento (80%) son fallas de: •
Línea-Tierra
•
Línea con el gabinete metálico o con el equipo
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¿Porqué una Puesta a tierra para Sistemas Electrónicos/Eléctricos?
Sistemas analógicos y circuitos electrónicos están siendo reemplazados por sistemas digitales y diseños basados en familias lógicas. La tendencia es hacia la micro-miniaturización, incrementando la velocidad y densidad de estos pero también incrementando su sensibilidad y vulnerabilidad a las interferencias. www.gstgrounding.com
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AC Electrical Systems
Sistema Puesto a Tierra Transformador de Distribución Conductor Puesto a Tierra
Carga
Conductor Carga
Conductor del Electodo de Tierra Electrodo de Tierra
de Tierra del Equipo
Neutro Conductor de Tierra del Equipo
Conductor del electrodo de Tierra
Equipo de Servicio o Acometida
Electrodo de tierra
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CEC and NEC Section 0 CEC: Objeto, alcance & Definiciones Sección 90.1(b) NEC: La Norma: • •
Considerada necesaria para Seguridad de personal No es eficiente or conveniente o adecuada para futura expansión del servicio. Section 0 CEC
Section 90-1(c) NEC • No es una especificación de diseño • No es un manual de instrucción para personal no entrenado. www.gstgrounding.com
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Introduction - 1
Nota Especial
• La autoridad final, para la aprobación del sistema instalado de Puesta a tierra es el “Inspector” o la entidad gubernamental con jurisdicción para emitir el certificado de conformidad sobre la obra. www.gstgrounding.com
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Estándares •
NEC (National Electrical Code)
•
NFPA (National Fire Protection Association)
•
IEEE (Institute for Electrical and Electronic Engineers)
•
Norma NTC 2050-RIETE
•
CSA (Canadian Standards Association)
•
CAN/UL (Underwriters’ Laboratories of Canada)
•
EMAC Electrical and Electronic Manufacturing Assn of Canada
•
IEC (International electrotechnical Commission 60364)
•
ISO (International Organization for Standardization)
•
MIL-HNDBK-419- Grounding, Bonding, and Shielding for Electronic Equipment and Facilities
•
MIL-STD-188/124- Grounding, Bonding and Shielding for Common Long Hault Tactical Communication Systems Including Ground Base Communications
•
NFPA 70E (Standard for Electrical Safety)
•
NEMA (National Equipment manufacturing Association)
•
CFR (Code of Federal Regulations)
•
OSHA (Occupational Safety and Health Administration)
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IEEE “Grounding”Estándares “Grounding”Estándares,, Guías y Recomendaciones IEEE Std 1100 “Emerald Book” - 2005 IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding Electronic Equipment IEEE 446446-1995 “Orange Book” - IEEE Recommended Practice For Emergency And Standby Power Systems For Industrial And Commercial Applications IEEE Std 142142-1991 “Green Book”Book”- IEEE Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems IEEE Std 141141-1986 “Red Book”Book”- IEEE Recommended Practice for electrical Power Distribution for Industrial Plants (ANSI) IEEE Std 519519-1992, 1992 IEEE Guide for Harmonic Control and Reactive Compensation of Static Converters (ANSI) IEEE Std C62.41C62.41-1991 – IEEE Recommended Practice on Surge Voltages in Low-Voltage AC Power Circuits (ANSI) IEEE 8080-20002000- IEEE guide for safety in AC substation grounding IEEE 8181-1983 - IEEE guide for measuring earth resistivity, ground impedance, and earth surface potentials of a ground system IEEE C62.92C62.92-1989 - IEEE guide for the application of neutral grounding in electrical utility systems. Part II - grounding of synchronous generator systems IEEE C37.101C37.101-2006 - IEEE Guide for Generator Ground Protection IEEE Std C57.13.3 - 2005 IEEE Guide for Grounding of Instrument Transformer Secondary Circuits and Cases IEEE 837837-2002 -Standard for qualifying permanent connections used in substation grounding IEEE 10481048-2003 IEEE guide for protective grounding of power lines
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Introduction
Sub-Sistemas de Puesta a Tierra
Sub-sistema del Electrodo de Puesta a Tierra Sub-sistema de Puesta a Tierra de Seguridad o puesta a tierra del equipo Sub-sistema de Puesta a Tierra para protección frente a rayos Subsistema de Tierra Aislada Sub-sistema de Puesta a Tierra de alta frecuencia (malla de referencia de señal) Sub-sistema de puesta a tierra frente a Interferencias Electromagnéticas (EMI/RFIESD) Sub-sistema Puesta a Tierra de Señales Instrumentación y Controles Puesta a Tierra Media y alta Tensión
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Subsistema Electrodo de Tierra
TABLERO SECUNDARIO
EQUIPO DE SERVICIO MEDIO DE DESCONEXIÓN DE LA ACOMETIDA
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Subsistema De Protección Frente a Rayos
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Subsistema de Tierra de Seguridad
TIERRA DEL EQUIPO O TIERRA DE SEGURIDAD
TE
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Conductor “Puesto a Tierra” o Conductor “Neutro”
NEUTRO
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Sub-sistema de Tierra Aislada
TOMACORRIENTE DE TIERRA AISLADA
TIERRA AISLADA
TA
NEUTRO
TE
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Tierra de Referencia de Señal Subsistema de Tierra de Alta Frecuencia TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN
TRANSFORMADOR DE AISLAMIENTO
EQUIPO
N IG
T
TS TA
TS
EQUIPO DE SERVICIO
TIERRA DE REFERENCIA DE REFERENCIA DE SEÑAL
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Malla de Puesta a Tierra – Media y Alta Tensiòn
GroundRod
•
Un anillo de tierra en el perìmetro del àrea determinada, lo màs extensiva posible.
•
Desde el anillo se extienden conductores horizontales, en forma de filas y columnas, definidos por el equipo, con el objeto de reducir la longitud de conexiones. Varillas de tierra se instalan en las esquinas de la malla, en conexiones a la malla en su perìmetro, y para conexiones a equipos.
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DISEÑO TÌPICO DE UNA MALLA DE TIERRA PARA UNA SUBSTACIÒN FENCE GROUNDING
CADWELD CONN RR
CADWELD CONNECTORS
GT TYPE BREAKER CF6 TYPE NC TYPE XB AIR CB GROUNDING
TYPE GAR TYPE TA
STRUCTURE FOR MOBILE SUBSTA
TRANSFORMER
FENCE & GATE GROUNDING STRUCTURE
MTU
FENCE GROUNDING
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Electrodo de Tierra Capítulo 2
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Earth Grounds - 2
Objectivos Repasar: •
Factores que afectan la resistencia de suelo
•
Diferentes suelos…..diferente conductividad
•
Medición de Resistencia de Suelo
•
Resistividad de Suelo
•
Un buén nivel de Resistencia de suelo
•
Único Punto de Referencia a Tierra
•
La importancia de dimensionar adecuadamente los conductores del sistema de puesta a tierra.
•
La importancia de conectores del sistema de puesta a tierra.
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Earth Grounds - 2
Puesta a Tierra Una Puesta a Tierra Es una conexión del sistema eléctrico al terreno o suelo. Debe tener una baja Impedancia •
Resistencia es la oposición al flujo de corriente en un sistema de CD
•
Impedancia es la oposición al flujo de corriente en un sistema de CA
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Impedancia
El resistor tiene resistencia. El capacitor tiene reactancia capacitiva. El inductor tiene reactancia inductiva. Estos valores se miden en Ohmios
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Earth Grounds - 2
Electrodos de Tierra • El Código permite un número de opciones. • Varillas de tierra son preferidas. • Varillas de acero revestidas de cobre son las más utilizadas. Fabricadas con un proceso similar al “copper-weld”, donde cobre derretido es aplicado a la varila de acero. • Uno de los electrodos de tierra más comunes en la mayoría de las industrias consiste en un “anillo de Tierra” complementado con varillas de tierra. www.gstgrounding.com
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Electrodos Permitidos por el Código • Tubería Metálica para agua, con una longitud mínima de contacto con la tierra de 3m (10 pies) y con continuidad. • Estructura Metálica del Edificio Puesto a Tierra de forma Efectiva. (Sec.250.52(2)) • Electrodo Encajado en Concreto (Tierra Ufer), enterrado a una profundidad mínima de 50mm (2.0”) cerca del fondo de un cimiento y conductor no inferior al No. 4 AWG de longitud mínima de 6 m (20’). • Anillo de Tierra. Mínimo 6 m de longitud y no menor de No. 2 AWG de Cu desnudo. www.gstgrounding.com
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Earth Grounds - 2
Electrodos de Tierra Cualquiera de los electrodospermitidos por la norma. El más simple electrodo de tierra es una varilla enterrada en el suelo. La resistencia debería ser 25 ohmios o menor, especificado en NEC (Section 250.56). El CEC no especifica valores de resistencia de suelo. Diferentes industrias especifican valores específicos. www.gstgrounding.com
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Sistema Electrodo de Tierra
ELECTRODO DE PUESTA A TIERRA
TABLERO SECUNDARIO
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TABLERO PRINCIPAL
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Máxima Resistencia del Sistema Electrodo de Tierra • No existe un máximo para el sistema electrodo de tierra en general. • Existe un máximo de resistencia a tierra para electrodos fabricados tales como una varilla, tubería o placa. NEC (Sección 250.56) • Cuando el electrodo fabricado excede 25 Ohmios el código exige que se suplemente con un electrodo adicional www.gstgrounding.com
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Earth Grounds
Requerimientos del Código para Varillas de Tierra
Sección 250.52(5) 5/8”de diametro o mayor, hierro, zinc o acero
Varilla de Tierra
1/2” diametro o mayor si es de material no ferroso y listado para tal servicio
Abrazadera o Soldadura Exotérmica
2.44 m ( 8 pies) de longitud mínimo e instalado por debajo de la línea de congelamiento Varillas de Aluminio no se permiten. Sección 250.52(B)
Conductor del electrodo de Tierra
Línea de congelamiento
2.44 m (8 pies) En contacto con el suelo
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Varillas de Tierra
450 MAX
2.44m (8’)
750 mm (30”)
ROCA
NEC 250.53(G) www.gstgrounding.com
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Earth Grounds
Otros Electrodos de Tierra Placas Metálicas Sección 250.52(A)(7) a.
Mínimo 0.186m2 (2 pies2) en contacto con la superficie del terreno.
b.
6.4 mm (1/4”) de espesor, de hierro o acero
c.
1.5 mm (0.06”) de espesor si de material no ferroso
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Earth Grounds
Otros electrodos de Tierra Anillo de Tierra Sección 250.52(A) (4) a. Un conductor alrededor del edificio, en contacto directo con la tierra, a una profundidad no menor de 750 mm (30”) y longitud de 6m (20 pies), de cobre desnudo de tamaño nominal no inferior a conductor No. 2AWG
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Central Office Concepts - 9
Anillo de Tierra x x
Generador
Anillo Exterior de Tierra
x
x
x Torre
Edificio
x x
x Varillas de Tierra
x
x
Cerca Metálica
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x
x Anillo de Tierra – Cable No. 2/0 AWG Desnudo Multifilar de Cobre
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Earth Grounds - 2
Otros Electrodos
• Barra Electrolítica o Química. • Radiales o Contrapesos • Suelos Artificiales. • Cemento Conductivo • Bentonita • Polvo de Carbon Mineral • Varios tipos de Gelatinas comerciales www.gstgrounding.com
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Tierra Electrolítica El código permite tuberías de metal como electrodos de tierra: Abrazadera
Conductor del Electrodo de Tierra
• De 3/4” de diámetro o mayor Orificios Tierra Bentonita
8 pies
Sales (CaCO3, NaCl)
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Orificios
• Galvanizadas o protegidas contra la corrosión • Sección 250-52(c)
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Conductor en Cemento Conductivo
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Earth Grounds - 2
Otros Electrodos de Tierra Estructura metálica de edificio puesto a tierra efectivamente. NEC 250.52(2) Sistemas o Estructuras metálicas bajo tierra NEC Section 250.50 (c) a. tuberías metálicas b. tanques enterrados Nota. El Código Canadianse no permite el acero estructural com electrodo de Puesta a Tierra.
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Earth Grounds
CONDUCTIVIDAD DEL TERRENO (σ) Algunos parámetros de importancia: 1. Campos Electro Magnéticos 2. Frecuencia 3. Permeabilidad Magnética del aire (µ0) 4. Humedad del suelo 3. Temperatura 6. Sales disueltas en el suelo 6. Composición del Suelo www.gstgrounding.com
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Resistividad del Suelo (ρ)
Algunos parámetros prácticos: 1.
TIPO DE TERRENO
2.
TEMPERATURA Y ESTACIÓN DEL AÑO
3.
CONTENIDO DE HUMEDAD
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RESISTIVIDAD ESPECÍFICA DEL TERRENO La definición encontrada en los textos de Resistividad Específica del Terreno es la siguiente: Es la Resistencia Eléctrica entre las dos caras de un cubo ideal de terreno en estudio de 1 m de arista. Como muestra la figura.
1m
(ρ)= (Ω−m) www.gstgrounding.com
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RESISTIVIDAD DEL TERRENO Los suelos se pueden clasificar como “Más Conductivos” o Permisivos, los Resistivos y aquellos Menos Resistivos. Tipo de suelo Tierra negra húmeda (humus)
ρ (Ω −m)
Tierra de jardín con 50% de humedad
20 a 100 100- 200
Tierra de jardín con 20 % de humedad
200-500
Tierra arcillosa con 50% de humedad
50-150 500-1500
Tierra arcillosa con 20% de humedad Tierra arcillosa con arena con 50% de humedad Tierra arenosa húmeda Tierra arenosa seca Suelo rocoso www.gstgrounding.com
150-500 hasta 1500 hasta 8000 hasta 20000
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Terreno de Arcilla Arenosa Variación de Resistividad
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Efecto de la Humedad Sobre la Resistividad
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Medida de Resistividad
ρ = 2π 2π a R
h=0.75a
h: profundidad de exploración Se realiza un sondeo eléctrico eléctrico vertical
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ESTUDIO DE RESISTIVIDAD DEL TERRENO Estado del terreno: Color: Método de Medición:
Lugar: Empresa Fecha: Orientación Último día de lluvia
Tipo de Terreno
Profundidad de Exploración
Separación de electrodos (m)
02/22/08
Humus
0.75 1.50 2.25 3.75 6.00 0.75 1.50 2.25 3.75 6.00 0.75 1.50 2.25 3.75 6.00
1 2 3 5 8
N/S
E/O
VALORES PROMEDIO
1 2 3 5 8 1.00 2.00 3.00 5.00 8.00
Medida de Resistencia 3839 1072 273 57 12.5 3920 1200 266 49 10.5 3879.50 1136.00 269.50 53.00 11.50
Húmedo Negro WENNER Resistividad Ohms-m 24121.15 13471.15 5145.93 1790.71 628.32 24630.09 15079.64 5013.98 1539.38 527.79 24375.62 14275.40 5079.96 1665.04 578.05
ESTUDIO DE RESISTIVIDAD 30000 25000 E 20000 O 15000 10000 5000 0 0.75
1.50
2.25
3.75
6.00
Profundidad (m)
Firma Autorizada: RECOMENDACIONES INSTALAR ELECTRODOS DE 6m T TRATAR EL TERRENO
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Earth Grounds
Conectores del Sistema de Tierra
Conexiones - El código permite abrazaderas, conectores de presión irreversible, herrajes, soldadura exotérmica y otros medios listados para tal uso. Soldadura Exotérmica es el método preferido. www.gstgrounding.com
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Típico Sistema Electrodo de Puesta a Tierra En muchas instalaciones www.gstgrounding.com
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Conectores del Sistema de Tierra
• !!!Recuerde, Recuerde la Calidad de Potencia y Puesta a Tierra de su instalación dependen de los conectores de Puesta a Tierra utilizados….de los conectores seleccionados!!! www.gstgrounding.com
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CONECTORES DE COMPRESIÓN DE COMPRESIÓN IRREVERSIBLE DE COBRE En forma de 3 Cable a Cable
Estructura a malla
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En forma de 8 Cable a Varilla
Varilla a Cable
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Conectores de Compresión NO REVERSIBLES DE C0BRE
Crusados
Cable-a-Cable
De Pernos
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SOLDADURA EXOTHÉRMICA • Excelente conexión bajo condiciones apropiadas • Aprobada por IEEE 837 • Excelente integridad mecánica • Fabricantes: Furseweld, Cadweld
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SOLDADURA EXOTÉRMICA Método de efectuar conexiones eléctricas de Cobre-cobre o cobre-Acero Consiste en usar polvo metálico (Óxido de Cobre y aluminio), llenar un molde de grafito e iniciar la combustión. La reducción del Óxido de Cobre por el Aluminio (reacción exotérmica), lo cual produce Cobre derretido y óxido de Aluminio. El Cobre derretido fluye sobre los conductores en el molde, derritiéndolos y soldándolos conjuntamente. La capacidad de conducir corriente de esta soldadura es equivalente a la de los conductores
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SOLDADURA EXOTHERMIC • Seleccione el molde adecuado
•
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Instale la Pólvora
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SOLDADURA EXOTHERMIC • La aleación de Cobre derrite el disco de retención y fluye hacia la cavidad de la soldadura donde derrite parcialmente los conductores.Alcanza temperaturas de 4,000-5,000 0F.
La aleación de cobre derretido se enfría proporcionando una soldadura de fusión. www.gstgrounding.com
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SOLDADURA EXOTÉRMICA • NO SE DETERIORA CON EL TIEMPO • ES UNA UNIÓN MOLECULAR QUE NO SE AFLOJA O SE CORROE. ESTA SOLDADURA NO ES ACEPTABLE SI: • Contiene extremadas cantidades de aluminio en la superficie..causado por escapes del material sobre los conductores. • Contiene vestigios de carbón en a superficie de cables, debido a aceite en el cable. • No se utiliza suficiente cantidad de material. www.gstgrounding.com
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Conectores para un Sistema bajo Tierra
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Conectores para un Sistema de Tierra
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40
BURNDY CONN-C-YGHC BURNDY CONN TYPE C-YGHC
#6 CU MIN BURNDY CONN-GAR
36 CU MIN BURNDY CONN-GAR
BURNDY CONN-GAR BURNDY CONN-GAR
BURNDY CONN-GAR
BURNDY CONN-GAR
BURNDY CONN-GAR
#4/0 CU CONNECTOR CADWELD TYPE TA
#4/0 CU CONNECTOR CADWELD TYPE TA
#1/0 CU MIN
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Air breakers STRUCTURE OR POST
OPERATOR TUBE
#4/0 CU TOWARDS OH GROUND WIRE
CONNECTOR TYPE GG
FLEXIBLE CU CABLE BURNDY TYPE B
OPERATOR
CONNECTOR CADWELD TYPE LA #4/0 CU CONNECTOR CADWELD TYPE LA CONNECTOR TYPE GL SAFETY PLATE 3’ X 4’ X ¼”
CRUSHED ROCK LAYER
CONCRETE BASE 3’ X 4’ X 8”
GRID #4/0 CU CADWELD CONNECTION TYPE TA BOLTS
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41
Earth Grounds
Conductor del Electrodo de Tierra Tamaño- el factor primario para el tamaño de este conductor en sistemas CA conectados a tierra , es el tamaño de los conductores de entrada de servicio. Ver Tabla 250-66 del NEC. www.gstgrounding.com
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CONDUCTOR DEL ELECTRODO DE PUEST A TIERRA NEC Tabla 250.66
Tamaño del mayor Conductor de Servicio de entrada, CONDUCTOR DE COBRE AWG O kCMIL
Tamaño del Conductor del Electrodo de Puesta a Tierra, CONDUCTOR DE COBRE AWG
2 or smaller
8
1 or 1/0
6
2/0 or 3/0
4
Over 3/0 thru 350 kcmil
2
Over 350 kcmil thru 600 kcmil
1/0
Over 600 kcmil thru 1100 kcmil
2/0
Over 1100 kcmil
3/0
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42
Earth Grounds
Conductor del electrodo de Tierra
Material Cobre, aluminio o aluminio revestido de cobre
Continuo sin empalmes
Se prefiere el Cobre
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43
UNIÓN A TIERRA DE OTROS SISTEMAS NEC SECTION 250250-92(b)
TABLERO PRINCIPAL
MDP TELEVISIÓN SATÉLITE
TELEVISIÓN CABLE CATV ANTENA PARABÓLICA
TELÉFONO
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Conductor del electrodo de P.T (Continuo)
Conductor del electrodo de tierra, sin empalmes, extendido A un electrodo apropiado (250.64(F)
Puente de Unión
Electrodo
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Electrodo Adicional
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CEC 10-206, 10-700.
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Sistema de Puesta a Tierra
NEUTRO
VIOLACIÓN DEL CÓDIGO
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Earth Grounds
Resistencia de Tierra Es un término aplicado a la resistencia ofrecida al paso de una corriente eléctrica hacia el suelo a través de un electrodo de tierra. El sistema de Puesta a Tierra usualmente es diseñado para eventos lentos de baja frecuencia (corrientes de corto circuito), con frecuencias próximas a la frecuencia fundamental de los sistemas alimentación. www.gstgrounding.com
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46
Earth Grounds
Resistencia de Tierra En general una puesta a Tierra presenta resistencia, capacitancia e inductancia o sea una Impedancia. La naturaleza de la Impedancia de Puesta a Tierra se puede ilustrar como una representación simplificada por medio de un circuito equivalente (corriente longitudinal).
R
L G
R
L
C
La energía asociada al flujo de corrientes transversales puede ser computada por medio de una Conductancia y una Capacitancia colocadas en paralelo con el circuito equivalente www.gstgrounding.com
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Modelación Digital de Sistemas de Puesta a Tierra Arreglos Electródicos Sencillos: Electrodos Largos (tv < longitud equivalente para onda viajera) Parámetros Distribuidos: (Modelo Sunde)
Distribución de la densidad de corriente en un contrapeso de longitud L.
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Modelo Circuital
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47
Earth Grounds
Resistencia de Tierra Bajo condiciones de baja frecuencia , la reactancia longitudinal de caracter inductivo (ω (ωL) y la susceptancia transversal de caracter capacitivo (ωC) se pueden despreciar debido a su reducido valor de frecuencia. Tambié También es posible despreciar la resistencia longitudinal de los electrodos, debido a la ausencia del efecto de piel. Desde estas perspectivas el sistema de Puesta a Tierra para baja frecuencia puede ser visualizado como una resistencia.
G
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Componentes de Resistencia de Suelo de un Electrode de Puesta a Tierra R1>R2>R3>….>Rn R1>R2>R3>….>Rn (Menor dia …mayor R)
Varilla de Tierra Contacto entre la Varilla y Suelo adyacente
R1
Capas concéntricas
R2 R3
R4
Resistencia del terreno
Trayectorias de Corriente
Trayectorias de Corriente Grounding Technologies Inc.
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Resistencia de Puesta a Tierra. Concepto. La resistencia de puesta a tierra de una varilla está compuesta fundamentalmente por la suma de tres componentes, como muestra la figura:
R= R1+R2+R3 R1
0
e R2
0
R= R3 R1 = resistencia propia de la varilla R2 = resistencia de contacto de la varilla con el terreno, afectada por oxidación, grasitud, pintura, etc. Debe estar firmemente enterrada. R3 = resistencia de la zona de influencia de tierra formado alrededor del electrodo, dependiente del material del suelo. Esta particularidad del material del suelo es lo que denominamos resistividad específica del terreno. www.gstgrounding.com
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49
Resistencia de una varilla
L
R 1var illa www.gstgrounding.com
d
ρa 4.L = ⋅ ln [Ω ] 2 π.L d Grounding Systems Technologies
Diámetro de la Varilla y Resistencia a Tierra
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50
Formulario – Resistencia del Electrodo de puesta a tierra Varillas electrodo L=Longitud R= Radio
R= R=
R=
Dos Varillas D= diámetro
R= Varilla encajada en concreto Resistividad (terreno) Resistividad 1(concreto) Conductor horizontal, longitud b, R= Radio a, profundidad S (s/2)
Conductor horizontal en estrella de tres puntas a= radio b=long cada punta R= S=profundidad Malla de tierra en conductor de Longitud total B enterrado a S m En un área A. Uso : Subestaciones
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R=
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Earth Grounds
Resistencia a Tierra La resistencia a tierra se puede medir con un instrumento especial llamado: Telurómetro, Telurímetro o Terrómetro. Este aparato de de tres o cuatro terminales se utiliza para medir la Resistencia de Tierra y para calcular la resistividad volumétrica del terreno.
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TELURÓMETRO TELURÓMETRO Suponemos un electrodo enterrado, y queremos medir su resistencia de puesta a tierra, para esto clavamos en el suelo 2 electrodos auxiliares, en línea recta con el electrodo que queremos medir. Entre este electrodo y la varilla mas distante inyectamos una corriente (alternada) y medimos esa corriente, y entre el electrodo a medir y la varilla auxiliar central tomamos la tensión existente entre ellas vemos que tenemos en el circuito equivalente que R = V/I. La zona cercana a los electrodos es llamada zona de influencia.
I
V Et
Ex
0,5.d
Ec
d
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Earth Grounds - 2
Medición de Resistencia de Suelo MÉTODOS DE MEDICIÓN DE RESISTENCIA DE TIERRA
MÉTODO DEL 62% CAÍDA DE POTENCIAL • TELURÓMETRO DE 4 TERMINALES • TELURÓMETRO DE 3 TERMINALES www.gstgrounding.com
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52
Métodos para Medir la Resistencia a Tierra Método de 62% o Caída de Potencial
Tres Terminales Cuatro Terminales
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Earth Grounds
Midiendo la Resistencia de suelo Telurímetro
Electrodo bajo Prueba
62% de la distancia D
Distancia D
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Earth Grounds - 2
Medición de Resistencia de Tierra Fuente de Voltage e
Amperímetro
Telurómetro
Voltmeter
Electrodo bajo prueba
D 62% D 50
R
40 30
Resistencia de 20 Tierra Línea del 62%
10 0
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20
60 40 Distancia
80
100
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Medición de Resistencia de Tierra
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Media y Alta tensión IEEE 8080-2000 LOS PROPÒSITOS ESPECÌFICOS DE ESTA GUÌA SON: A) establecer, como base para el diseño, los límites de seguridad de de diferencias de potencial que puedan existir en una subestación bajo condiciones de falla, entre puntos que puedan entrar en contacto con un ser humano. B) Cuidadoso análisis y revisión de las prácticas de Puesta a Tierra Tierra con especial atención a la seguridad personal y el desarrollo de un criterio para tal diseño. C) Proporcionar procedimientos para el diseño de sistemas prácticos de Puesta a Tierra. D) Desarrollo de métodos analíticos para el entendimiento y solución solución de problemas típicos de gradientes de tensión.
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Objetivos de una Puesta a Tierra El objetivo primario en el diseño de una mala de tierra para una subestaciòn es proporcionar condiciones de seguridad para el personal que opera y que trabaja en tal ambiente. Los acidentes son el resultado del Incremento de Potencial de Tierra “Grounding Potential Rise (GPR)” del sistema de tierra durante condiciones de falla del sistema de potencia. Por lo tanto el sistema de tierra debe ser diseñado para: 1. Limitar este potencial en el sistema de tierra de la subestaciòn a un nivel acceptable para cualquier posible condiciòn de falla; 2. Limitar los potenciales de toque, paso y transferidos alrededor de la subestaciòn a un nivel acceptable. Los potenciales de superficie son aproximadamente proporcionales al incremento de potencial de la malla, y ambos se determinan por el flujo de corriente de la malla a tierra.
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55
Paràmetros de Diseño de una Malla Se consideran cinco paràmetros importantes en el diseño de una malla de tierra: • Resistividad de suelo (factor predominante) • Corriente Tolerada por el Cuerpo (determina las tensiones de toque y paso permitidas) •Configuraciòn de la red del sistema de potencia. Determina el Factor de Divisiòn de Corriente “Current Division Factor” y la corriente que circula por la tierra. •Falla a tierra de Lìnea-a- Tierra individual y la magnitud X/R de la estaciòn. •Geometrìa de la malla (determina las tensiones de toque y paso y de“Mesh.). www.gstgrounding.com
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IEEE STD 80-2000 Factores que influencian el diseño de una sistema de tierra para una subestaciòn: 1 2 3
Resistividad de Suelo, Tiempo de aclaraciòn de Falla y Corriente de Falla a tierra.
IEEE 80-2000 Guide for Safety in AC substation grounding. Includes 200 pages and 95 equations.
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Sistema de Puesta a Tierra Tìpico de una Subestaciòn Un sistema de puesta a tierra tìpico de una subestaciòn, en un suelo de baja resistencia, de acuerdo al estàndar IEEE 80, puede haber sido especificado de la siguiente manera: Una red o malla de conductores `de calibre 4/0 AWG, de cobre desnudo, enterrados de 12 a 18 pulgadas en el suelo, en forma reticular, espaciados de 10 a 20 pies y extendida un metro màs allà del perìmetro de la cerca metàlica. En cada cruce, los conductores deben ser unidos elèctricamente. Varillas de tierra deben ser unidas elèctricamente a la malla en cada esquina y en puntos determinados del perìmetro. Todas las estructuras metàlicas de la instalaciòn, incluyendo transformadores, interruptores, apartarrayos y cerca metàlica deberàn ser unidas elèctricamente a la malla por medio de conductores del electrodo de tierra. www.gstgrounding.com
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Resumen Procedimiento de Diseño Datos de Campo Calibre de Conductor Criterio Toque y Paso
Area, Resistividad Corriente de Falla, tc, d Et 50 or 70, Es 50 or 70
Diseño Inicial
D,n, Lc,LT, h
Resistencia de Malla
Rg,LC,LR
Corriente de Malla
IG,tf, Df
Potencial de Toque
IgRg
Potencial de Paso
Em,Es,Km,Ks,Ki,Kii,Kh
Diseño Final Detallado
If Es & Et within Std limits
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N0.
Material Resistivity OHMS-m
Material Description Dry
Humid
Typical Resistivity for Materials used on the surface of Substations www.gstgrounding.com
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PRINCIPALES VARIABLES QUE JUEGAN PAPEL EN EL DISEÑO DE LAS PUESTAS A TIERRA.
- SEGURIDAD A PERSONAS Y EQUIPOS EVITAR DIFERENCIAS DE TENSION PELIGROSAS (Tensiones de Toque y Paso) Por medio de una Rpat pequeña Limitar Tensiones Topología del Sistema a Diseñar
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Crushed Rock Grid Conductor
6”
Secciòn de una malla de tierra
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Modelación Digital de Sistemas de Puesta a Tierra Distribución de Potencial en una semiesfera En p.u. de Uo
UX 100%
Ux/Uo
I
1 0.8
50% r
0.6
2r
X
0.4 0.2
Fig. 7.15.1.-Distribución de la tensión con la distancia en un electrodo semiesférico.
Ejemplo: ρ = 10 Ω-m y r = 0.5 m www.gstgrounding.com
r 2r
3r
RPAT = 3.2 Ω
Uo = 320 V
Si If = 100 A
Uo - U(x=1m) = 213 V
5r
x
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Modelación Digital de Sistemas de Puesta a Tierra IEEE Std 80 El Estàndard recomienda un procedimiento simplificado para establecer el control de potenciales de toque y paso, para una malla de puesta a tierra cuadrada, estimando de forma simplificada el tamaño de la cuadricula de cada retícula de la malla. Procedimiento: 1.- Estimar la Corriente Total de Falla a Tierra que va a circular por la malla, en función de la RPATobjetivo. 2.- Establecer en función de la corriente y de los tiempos de actuación de las protecciones, las tensiones máximas permitidas de toque y paso. 3.- Establecer las dimensiones de la retícula, en función de las variables físicas del lugar y en función de las limitaciones impuestas en 2.4.- Estimar el valor teórico de la resistencia de Puesta a Tierra, basados en las simplificaciones de la formulación de Shwarz. www.gstgrounding.com
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Modelación Digital de Sistemas de Puesta a Tierra ρ1
= Resistividad del suelo encontrada para los conductores enterrados a la profundidad h en Ω-m.
ρa
=
resistividad aparente como la vista por una jabalina en Ω-m
H
=
espesor de la capa superior del suelo en m
ρ2
=
resistividad del suelo a partir de la profundidad H en Ω-m.
l1
=
longitud de los conductores enterrados en m
l2
=
promedio de la longitud de las jabalinas en m
h
=
h´
=
para conductores enterrados a la profundidad h, o a 0.5 d1 conductores a h = 0 (sobre la superficie de la tierra)
A
=
área cubierta por la malla de dimensiones a* b en m2
profundidad de enterramiento de la malla
n
=
número de jabalinas colocadas dentro del área A
K1K2
=
constantes relacionadas a la geometría del sistema
d1
=
d2
=
para
diámetro de los conductores de la malla en m diámetro de las jabalinas en m
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60
Modelación Digital de Sistemas de Puesta a Tierra Validación de Resultados: P erfil d e P o t e nc ia l 1 30 0
1 20 0
P otenc ial(V oltios )
1 10 0
1 00 0 D ire c c ió n x = -6 m e t ros 90 0
80 0
70 0
60 0 -1 5
-1 0
-5
0 Y (m e t ro s )
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5
10
15
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Effects of a Fault in a Substation Ie
IF IF IF
IF =IG Rg IG
IG
IF
IF =IG + Ie IG
IG
Rg
If a shield wire, neutral wire, gas insulated bus, or underground cable feeder is used, a part of the fault current returns through this metallic path directly to the source. Since this path provides a low impedance parallel path to the return circuit, the rise of local ground potential is of lesser magnitude. p8
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Puesta a Tierra Del Circuito
Capítulo 3
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Grounding Overview - 3
Puesta a Tierra Del Circuito Repaso: • Requerimientos de la norma para la puesta a tierra de circuitos eléctricos •
Requerimientos de Puesta a Tierra para sistemas de CA
•
Circuitos menores de 50 volts
•
Conductor Puesto a Tierra.
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65
Grounding Overview
Requerimientos del Código El Código requiere una conexión a tierra del edificio: Donde el sistema puede ser aterrizado de tal forma que el máximo voltaje a tierra de los “conductores no conectados a tierra” no exceda 150 volts. Donde el sistema es un sistema trifásico,de 4 hilos, en estrella y el neutro se usa como conductor de circuito.
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Grounding Overview
Requerimientos del Código 50 a 1000 Voltios El código requiere una conexión a tierra donde el sistema: • Puede ser conectado a tierra y el máximo voltaje a tierra de los conductores no conectados a tierra es menor de 150 voltios. • Es un sistema de 3-fases, 4-hilos, y el neutro se usa como conductor de circuito. • Es un sistema en delta de 3-fases, 4 hilos y el punto medio del devanado de una de las fases se usa como conductor de circuito. www.gstgrounding.com
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Puesta a Tierra para Sistemas Industriales – Tres Metodos • Flotante • Puesto a Tierra Sólidamente • Puesto a Tierra con Resistencia
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Puesta a Tierra con Resistencia • Un resistor instalado ntre el neutro y la tierra para limitar las corrientes de falla a tierra a un valor no peligroso. A
277V B C N 55 Ω G
Equipment Bonding Conductor
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5A
Bolted Ground Fault to equipment frame
Resistor Let-Thru Current
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Conductor que se debe poner a tierra en sistemas de C.A. 1. Sistemas monofásicos de dos hilos: un conductor 2. Sistemas monofásicos de tres hilos: el neutro 3. Sistemas multifáséticos con un conductor común a todas las fases: el conductor común 4. Sistemas multifaséticos que requieren una fase a tierra. 5. Sistemas multifaséticos en los cuales una fase se usa como conductor neutro.
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Introduction
Sistemas Eléctricos Comunes Puestos a Tierra • 120 V, Monofásico • 120/240 V, Monofásico, tres hilos • 208Y/120 V, Trifásico, 4 hilos • 220Y/127 V, Trifásico, 4 hilos • 480Y/277 V, Trifásico, 4 hilos • 120/240 Delta, Trifásico, 4 hilos www.gstgrounding.com
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Sistema Monofásico- Dos Hilos
C
Electrodo de Tierra
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Sistema Monofásico- Tres Hilos x1
x0
C C
x2
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Sistema trifásico en Estrella Sistema en estrella 208 Y/120 V
120 V 208 V
C
C C
208 V
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Sistema en Delta Terminal Alto Terminal de Tensión Alta
208
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240 V
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70
AC Electrical Systems
Cargas No Lineales Cargas eléctricas las cuales demandan corriente de forma descontínua o cuya impedancia varía durante el ciclo de la forma de onda de voltaje. La forma de onda de corriente no es senoidal
Alumbrado de descarga eléctrica-lámparas fluorescentes Procesadores de Datos Rectificadores/Cargadores de Baterías fuente conmutada de potencia cd Las cargas No-Lineales producen armónicas •Las armónicas tienen mayor frecuencia •Las armónicas generan mayores voltajes a tierra
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AC Electrical Systems
Cargas No Lineales Causan incremento de voltaje El voltaje es una función de la corriente multiplicado por la impedancia. V=IxZ La impedancia es una función de la frecuencia. Z = [R2 + (XL-XC)2 ]1/2 XL= 2 π F l Aumenta la frecuencia aumenta la impedancia aumenta el voltaje www.gstgrounding.com
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Conductor Puesto a Tierra REGLA BÁSICA: • Conección N-T en el lado de servicio • No establecer conexión N.T en el lado de la carga
NEUTRO
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AC Electrical Systems
Conductor Neutro Transformador de la Central Eléctrica
Neutro
Carga
La conexión N-T se se permite solo en el primer medio de desconexión accesible o en el secundario de un sistema derivado separadamente
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Neutro
Equipo de Servicio
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AC Electrical Systems
Dimensionando el Neutro Entrada de Servicio -La Sección 250-24(b) del código indica que el tamaño del conductor conectado a tierra deberá ser: •
No menor que el conductor de tierra requerido en la Tabla 250-66
•
No menor que un 12.5 % del mayor conductor de fase de servicio, si este conductor es mayor de 1100 kcmil de cobre o 1750 kcmil de aluminio.
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AC Electrical Systems
Dimensionando el Neutro de Suministro El Neutro debe ser dimensionado para un 70% de la capacidad del conductor de fase: Sección 220-22 “No habrá reducción de la capacidad del neutro para tal porción de la carga que consiste de “dispositivos lineales” En un circuito derivado, trifásico, suministrando una carga no-lineal, un problema nuevo se ha introducido: Armónicas.
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CORRIENTE EN EL NEUTRO 100 A
100 A
0A
100 A IN = √ (L12 +L22 + L32)- (L1 X L2)+(L2 X L3)+ (L1 X L3) IN = √ 30,000 -30,000 = 0 AMPERIOS
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CORRIENTE EN EL NEUTRO
10 A
10 A
10 A
IN = √ (L12 +L22 )- (L1 X L2) IN =√(102+ 102 ) - (10x10)= 10 AMPERIOS www.gstgrounding.com
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75
CORRIENTE EN EL NEUTRO 100 A
100 A
50 A
50 A IN = √ [(L12 +L22 + L32)- [(L1 X L2)+(L2 X L3)+(L1 X L3] IN = √ 22,500 -20,000 = 50 AMPERIOS
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AC Electrical Systems
Color del Conductor Neutro
El cable puede ser:
. Blanco en su longitud . Gris en su longitud . Cualquier color, excepto verde, con 3 rayas en su longitud
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77
Tierra de Seguridad Tierra del Equipo Capítulo 4
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Equipment Grounding for Safety
Se sabe que alta tensión puede causar la muerte. Pero, que acerca de una baja tensión de solo 120 VAC? ¿Es peligroso? www.gstgrounding.com
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78
EFECTOS DE DIFERENCIA DE POTENCIAL ENTREN DOS PUNTOS
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ZONAS EQUIPOTENCIALES
Puesta a Tierra Temporal www.gstgrounding.com
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SEGURIDAD INDUSTRIAL
Quien es responsible de la Seguridad? La “Empresa” es responsable de: Los requerimientos de las normas El Programa de Seguridad Eléctrica Procedimientos y políticas de Seguridad Entrenamiento sobre Seguridad El “Empleado” es responsable de implementar los procedimientos La “Empresa” es responsable de los contratistas en la instalación www.gstgrounding.com
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Estándares de Productos NEMA Underwriters Lab. IEC (Electrotechnical committee) National Electrical Code® National Electrical Safety Code® National Electrical Contractors Association IEC (International -60364)
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80
NFPA 70E • Requerimientos sobre prácticas de Seguridad • Trata sobre los peligros de: – Choque Eléctrico – Arco Eléctrico
• Requerimientos para los límites de choque eléctrico y arco eléctrico • Requerimientos de equipo de protección personal www.gstgrounding.com
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Seguridad
Cuales son los peligros al aproximarse al equipo eléctrico para realizar un trabajo? www.gstgrounding.com
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Riesgos al acercarse a un equipo eléctrico para realizar un trabajo. • Choque Eléctrico • Arco o Chispa • explosión de arco
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Peligros Eléctricos • Choque Eléctrico • Arco Eléctrico – Calor – Incendio
• Resultados de un Arco – Presión – Partículas metálicas – Acústico-sonido www.gstgrounding.com
Ejemplo de un arco eléctrico Grounding Systems Technologies
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Aproximadamente 80% de todos los accidentes eléctricos son quemaduras como resultado del arco eléctrico e ignición de ropa inflamable. Las temperaturas del arco pueden alcanzar 35,000°F – esto es cuatro veces la temperatura de la superficie del sol. Quemaduras fatales pueden ocurrir a distancias mayores de 10 pies. Más de 2000 personas son admitidas a centros especializados en quemaduras, cada año. www.gstgrounding.com
35,000 °F
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Arco Eléctrico Metal Derretido Ondas de Presión Ondas de Sonido
Vapor de Cobre: De estado Sólido a Vapor, el cobre se expande 67,000 veces
Partículas Aire calienteExpansión Rápida Luz Intensa
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Choque Eléctrico Más de 30,000 accidentes no fatales de origen eléctrico ocurren cada año. Más de 6,000 personas mueren electrocutadas cada año. La Electrocución se encuentra en cuarto lugar como causa de muertes en entornos industriales. La mayoría de esta muertes podrían haber sido evitadas. www.gstgrounding.com
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CHOQUE ELÉCTRICO
(A) Touch Potential
(B) Step Potential
(C and D) Touch / Step Potential
El paso de Corriente por el corazón y pulmones son Las más serias
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Safety BASICs Choque eléctrico o Descarga eléctrica Personal mA
Efectos Patológicos de la Corriente
0.5 - 3 3 - 10 10 - 40 30 - 75 80 - 200 200 - 500 1500 +
- Cosquilleo - Contracción muscular involuntaria - Umbral “Let-go” - Paralisis Respiratoria - Fibrilación Ventricular - El corazón se contrae - Quemaduras graves- de órganos y tejidos
Note: Reaction will vary with frequency and time of exposure
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Equipment Grounding for Safety
Choque Eléctrico Cuerpo Humano El cuerpo humano esta cubierto de un material de aislamiento conocido como la epidermis o piel. Una vez la corriente ha transpasado la piel, la resistencia del cuerpo siendo baja, hace del cuerpo humano un buen conductor.
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Equipment Grounding for Safety
Choque Eléctrico Factores que afectan un choque eléctrico La severidad de un choque eléctrico depende de: 1. Cantidad de corriente en el
cuerpo 2. Tiempo de duración de la corriente 3. Trayectoria de la corriente a través del cuerpo
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Separately Derived Equipment Grounding Systems for Safety
Sistema CA
Corriente El cuerpo humano puede acarrear solo una fracción de amperio antes de que sufra daños. Más de 80 miliamperios puede ser fatal. Una lámpara de 150-vatios usa 1.2 amperios - - 15 veces más corriente que la corriente que puede matar a una persona. En hospitales y lugares para el cuidado de la salud, existe la preocupación de que solo microamperios pueda causar daños al cuerpo.
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86
Separately Derived Equipment Grounding Systems for Safety
Sistema de CA La fórmula de Charles Dietzel Tiempo de duración antes de que produzca Lafibrilación ventricular
t = 0.027 ÷ I2 donde: t= tiempo en segundos I = corriente en amperios
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Sistema CA Voltaje de Circuito
Tiempo en Segundos • 4.2
• 120 • 240
1.05
• 277
0.8
• 480
0.26
Mayor Voltaje incrementa el potencial de peligro - exponencialmente. www.gstgrounding.com
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87
Equipment Grounding for Safety - 6
Requerimientos del Código Trayectoria Efectiva de Puesta a Tierra CEC 10-500, NEC Section 250.68(B) : • La trayectoria para una corriente de falla debe ser permanente • Eléctricamente contínua • Capaz de transportar con seguridad la máxima corriente de falla impuesta, y • De una impedancia suficientemente baja para limitar la tensión eléctrica a tierra y facilitar el funcionamiento de los dispositivos de protección del circuito. www.gstgrounding.com
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Sistema CA Trayectoria Si la corriente fluye del codo a los dedos no es tan peligrosos. Si la corriente fluye de una mano a un pie, puede pasar a través del corazón.
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Choque Eléctrico
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Seguridad de Contacto No existe diferencia de potencial entre partes metálicas
Fuente de Agua
Motor eléctrico
Piso de Concreto
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Tubería de agua
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Seguridad de Contacto
No existe Diferencia de Potencial entre partes metálicas www.gstgrounding.com
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Choque Eléctrico
Corriente de Falla www.gstgrounding.com
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Choque Eléctrico
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Invertiendo Línea y Neutro
Error de cableado… cableado…Línea y Neutro invertidos……… invertidos……… ¿Existe Peligro? Peligro? Si existe…. existe diferencia de potencial entre la carcasa y tierra www.gstgrounding.com
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Interruptor de Circuito de Falla a Tierra (GFCI)
Existirá una diferencia entre la corriente del conductor de línea Y la corriente en el neutro, neutro, solo si existe una corriente de falla circulando por el Conductor de tierra del equipo. equipo.
El GFCI se utiliza para detectar la “Condición de Falla” www.gstgrounding.com
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Requerimientos del Código La Sección 250-110 requiere que las partes metálicas de equipo eléctrico, que no transportan corriente, y que pueden ser energizadas, sean puestas a tierra, bajo cualquiera de las siguientes condiciones: •
Cuando sean suministradas por un conducto metálico u otro método de cableado con conductor de tierra del equipo. • Donde el equipo opere con un terminal mayor de 150 voltios a tierra. La Sección 250.112 indica que las partes metálicas expuestas, de ciertos equipos (gruas, ascensores, etc.),que no acarrean corriente-- sean conectadas a tierra no importa el voltaje.
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Requerimientos del Código Continuidad La Sección 250.68(B) indica que la trayectoria de una corriente de falla, sea permanente -- eléctricamente continua, capaz de transportar de forma segura la corriente de falla máxima que puede ser impuesta, y de suficientemente baja impedancia para facilitar la operación de los dispositivos de protección contra sobrecorrientes bajo condiciones de falla. www.gstgrounding.com
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Requerimientos del Código La Sección 250.118 discute los tipos de conductores de tierra del equipo permitidos. Se permite (pero no están limitados a estos), los siguientes:
• alambre de cobre (u otro alambre resistivo a la corrosión) • conducto metálico rigido • conducto metálico flexible • bandeja portacable
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Requerimientos del Código Dimensionando el Conductor de Tierra del Equipo Equipo eléctrico en cubiertas metálicas debe ser conectado a tierra-- y el tamaño del conductor tiene que ser suficiente para acarrear las corrientes de falla para el interruptor utilizado. La Sección 250.122 provee una guía para dimensionar el conductor de tierra del equipo. Este conductor: 1)no puede ser menor que el indicado en la Tabla 250.122. 2) no tiene que ser mayor que el conductor de circuito.
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100
Tamaño Mínimo del Conductor de Tierra del Equipo Tabla 250.122 Rating or setting of Automatic Overcurrent Device (OCPD) in Circuit ahead of Equipment [i.e Circuit Breaker]. Not exceeding (Amps)
Copper
Aluminum or Copper-Clad Aluminum
15
14
12
20
12
10
30
10
8
40
10
8
60
10
8
100
8
6
200
6
4
300
4
2
400
3
1
500
2
1/0
600
1
2/0
800
1/0
3/0
1000
2/0
4/0
1200
3/0
250 kcmil
1600
4/0
350 kcmil
2000
250 kcmil
400 kcmil
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Size (AWG or kcmil)
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Requerimientos del Código Color - Conductor de Tierra del Equipo 1) La Sección 250-119 desnudo, cubierto o con aislamiento. 2) Aislamiento- color verde o verde con rayas amarillas. 3) Conductores mayores marcados con cinta verde o etiquetas verdes en cada extremo. La industria ha adoptado como práctica para el color de la tierra de seguridad: 1. Verde sólido - - tierra de seguridad 2. Verde con rayas amarillas ---tierra aislada www.gstgrounding.com
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El cuerpo humano puede tolerar un voltaje considerable por un corto perìodo de tiempo. Para la seguridad personal del trabajor en una subestaciòn, este nivel de tensiòn debe estar por debajo del nivel que cause fibrilaciòn ventricular. Los valores màximos de tension de toque y paso permitidos, para una persona que pese 50 kg ò 110 lbs son definidos por las siguientes ecuaciones:
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Los valores màximos de tension de toque y paso permitidos, para una persona que pese 50 kg ò 110 lbs son definidos en las siguientes ecuaciones de Charles Dietzel:
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104
Los valores de la màxima tensiòn de toque para una persona que pesa 50kg or 110 1bs se define a saber:
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Los valores de la màxima tensiòn de paso para una persona que pesa 50kg or 110 1bs se define a saber:
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Diseño de una Malla de Tierra para una Subestaciòn Preparaciòn del terreno Dimensionar los conductores para fallas anticipadas Selecciòn de conector adecuado Determinar longitud, nùmero, ubicaciòn y espaciamiento de varillas de tierra Eliminar el potencial de toque y paso Aterrizar los cimientos Aterrizar la cerca metàlica Puesta a tierra de los equipos y dispositivos que requieran acciòn de un operario. Puesta a tierra de los apartarrayos Uniòn elèctrica de las bandejas portacables Puestas a tierra temporales www.gstgrounding.com
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Sistema Derivado Separadamente Capítulo 5
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Sistema Dentro de un Sistema Por definición: sistema de cableado de un edificio sin conexión eléctrica directa. La potencia se deriva de una batería, un sistema fotovoltaico, un generador o transformador. Los transformadores y generadores son la fuente primaria de un sistema derivado separadamente. www.gstgrounding.com
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Sistema Derivado Separadamente Neutro Neutro Transformad or de la Central
Tierra de la Central
Tierra Local
Neutro
Tierra
Tablero Principal Tierra del edificio
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Sistema No- Derivado Separadamente Tierra de Seguridad Tierra
Generador Neutro Neutro
Conmutador de Transferencia 3 polos
Carga
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Sistema Derivado Separadamente Tablero Principal
Generador Tierra de Seguridad Tierra
Neutro
Neutro
Conmutador de Transferencia 4 polos Neutro
Carga
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111
Interruptor Automático de Transferencia •
El Interruptor automático de Transferencia es el dispositivo encargado de supervisar la normalidad de la Red de Distribución de energía Eléctrica y ante una eventual falla de la misma controla el arranque y la toma de carga por parte del Grupo Electrógeno.
•
Supervisa la normalidad de la tensión generada y de la operación del Grupo Electrógeno y realiza la parada del mismo en caso de una anormalidad o falla en este.
•
También controla el proceso de retransferencia y parada del motor generador una vez normalizada la Red de Distribución de Energía Eléctrica.
•
El Interruptor Automático de Transferencia posee tres modos de operación: Automático, Manual y Prueba. 8-19
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Special Situations
Generador Móvil El código permite que el vehículo sirva de electrodo si: 1. El marco del generador es unido al marco del vehículo. 2. El generador suministra equipo montado sobre el vehículo. 3. El generador suministra equipo conectado a los receptáculos montados en el vehículo. 4. El equipo y terminales de tierra son conectados al marco del vehículo.
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Special Situations
Generadores Móviles
8-21 www.gstgrounding.com
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113
UPS UPS o Fuente Ininterrumpible de Potencia. Mantiene la alimentación de energía durante cierto tiempo, llamado Autonomía, entre 10 minutos y varias horas. Componentes: Los componentes básicos de una UPS son: 1. Un rectificador 2. Una batería 3. Un inversor 4. Interruptor Estático de Transferencia
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Fuente Ininterrumpible de Potencia(UPS) Potencia(UPS) Una UPS debe ser instalada para suministrar: •150% de la carga durante condiciones de sobrecarga. •100% de la carga de un centro de computo por un período suficiente para la transferencia a una fuente de poder alterna o a un generador de emergencia o de respaldo. Debe ser utilizada una UPS, que opere de forma continua. Debe tener la capacidad para mantener la carga crítica, mínimo por15 minutos, durante una interrupción de energía, para permitir la transferencia a una fuente alterna o generador.
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114
Ventajas de esta configuración: • Atenuación de ruido de modo común, ya que un aislamiento ocurre cerca de la carga, en la unidad de distribución de potencia (PDU) • La UPS puede ser ubicada lejos de la unidad de potencia (PDU) sin comprometer la atenuación del ruido de modo común. • Utilizando una UPS con entrada de 480V en la unidad de potencia (PDU), se pueden utilizar cables de menor calibre y menos costosos y con menor caída de tensión. www.gstgrounding.com
• • • •
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Esta configuración se utiliza bajo el siguiente criterio: El servicio de la instalación es de configuración en “estrella”. “estrella”. El módulo rectificador y el de “bypass” son suplidos de la misma misma fuente La carga es de tres hilos (una o más PDUs) y no requiere un neutro neutro de la UPS Precauciones especiales deben tomarse para prevenir el disparo disparo de los interrutores de falla a tierra. Un tiempo de retardo de al menos 0.2 segundos para prevenir el disparo cuando la UPS transfiere la operación
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Puesta a Tierra Dos o Más Edificios
Capítulo 6
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Special Situations
MÚLTIPLES EDIFICIOS No se requiere un Electrodo de tierra si se cumple lo siguiente: Existe un solo circuito derivado proveniente del primer edificio. 1. El conductor de tierra de seguridad se extiende al segundo edificio, en el mismo conducto, con los conductores de servicio. 2. No existe un electrodo de tierra en el segundo edificio.
8-28
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Special Situations
Múltiples Edificios UN SOLO CIRCUITO DERIVADO
8-26 www.gstgrounding.com
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Special Situations
Múltiples Edificios
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Special Situations
Múltiples Edificios Tres o más edificios
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Puesta a Tierra Para Protección frente a Rayos
Capítulo 7
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118
¿SE ENCUENTRA SU INSTALACIÓN
ATERRIZADA CORRECTAMENTE Y ADECUADAMENTE PROTEGIDA?
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Lightning Grounding
Objetivos • Naturaleza del rayo • Sistema de Protección frente a rayos de acuerdo al NFPA 780 • Determinar la necesidad de dispositivos de protección contra sobrevoltajes transitorios. • Determinar porque la tierra de protección frente a rayos se une a la tierra del edificio.
7-1
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119
Lightning Grounding
Información General • Sistema de Protección frente a Rayos: Antena de Captación (Barra franklin) Conductor Bajante Sistema electrodo de Tierra • Protección práctica de personas e instalaciones de los peligros presentados por las descargas atmosféricas. NEC Artículo 250.106. NFPA 780 www.gstgrounding.com
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Datos Sobre Descargas Atmosféricas • EN EL GLOBO OCURREN 2000 TORMENTAS EN UN MISMO INSTANTE • EN EE.UU. CAEN DE 15 A 20 MILLONES DE DESCARGAS POR AÑO • EN FLORIDA CAEN 12 DESCARGAS/KM2-AÑO • LOS RAYOS CAUSAN APROXIMADAMENTE 20 BILLONES DE DÓLARES POR AÑO www.gstgrounding.com
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120
Lightning Grounding
Caídas de Rayos • Los rayos generan sobrevoltajes transitorios (Impulsos de alta energía, de un tiempo de ascenso rápido). • Los picos de voltaje inducidos pueden producir daños en equipo electrónico aún a millas de distancia. • Rayos pueden inducir sobretensiones en cables de telefonía. • Se requiere adecuada protección contra transitorios o protectores de pico frente a la energía inducida del rayo. 7-5 www.gstgrounding.com
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121
Figura a) desarrollo del lider escalonado hacia la tierra cargado negativamente y el de tierra a atmósfera cargado positivamente y el punto donde se realiza el enlace (b) primera descarga de retorno seguida de (c) primera descarga subsecuente (d) descarga de retorno subsecuente. www.gstgrounding.com
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Lightning Grounding - 7
Datos sobre Rayos
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Grounding Technologies, Systems Technologies Grounding Inc.
122
RAYOS: Un fenómeno de Probabilidad Mapa Isoceráunico de los EE.UU.
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DESCARGAS ATMOSFÉRICAS ELÉCTRICAS SISTEMAS DE PROTECCIÓ PROTECCIÓN: 1. Sistema de Conducción (Barra Franklin) 2. Sistema de Atracción: Número de Puntos Metálicos para crear un Campo Pasivo ionizado (Generador de Plasma) 3. Sistema de Disipación (Punto Agudo en un “E” intenso) 7-2 www.gstgrounding.com
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123
Tipos de Terminales
SPLINE BALL IONIZER
ION PLASMA GENERATOR
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LOS FUEGOS DE SAN TELMO
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124
Sistema de Protección frente a Rayos
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Lightning Grounding - 7
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125
Lightning Grounding
SISTEMA DE CONDUCTION BARRA FRANKLIN A
B ANTENA PARARRAYOS 3/8” DIA (CLASS I) 1/2” DIA (CLASS II)
10” MIN
CONDUCTOR BAJANTE 57,400 CM (CLASS I) 115,000 CM (CLASS II) MULTIFILAR (CON O SIN FORRO)
A: 20 ft (6 m) Espacio Max-Perímetro B: 50 ft (15 m) Espacio Max entre Terminales
NOT < 8’
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CONCEPTO DE LA ESFERA RODANTE
150’ (45.75 m ) R
ZONA DE PROTECCIÓN www.gstgrounding.com
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Protección de un Tanque Aéreo MAX 100´ (30 m)
Rectificador
+
Tanque Rectificador
Área de Protección Anodo
Anodo
• TANQUE DEBE SER PUESTO A TIERRA PARA CONDUCIR LA ENERGÍA DEL RAYO A TIERRA • PUESTO A TIERRA CONECTANDOLO A UN SISTEMA DE TUBERÍA METÁLICA • CONSIDERADO PUESTO A TIERRA SI ESTÁ SOBRE LA TIERRA, CONCRETO O PAVIMENTO Y TIENE COMO MÍNIMO UN DIA DE 20 ft (6 m DIA) • PUEDE SER PROTEGIDO CON TERMINALES AÉREOS, MASTILES, CONDUCTORES DE TIERRA AÉREOS O UNA COMBINACIÓN DE ESTOS.
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127
Caída de un Rayo
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Lightning Grounding - 7
Comentarios Finales ES IMPORTANTE TENER EN CUENTA QUE LAS DESCARGAS ATMOSFÈRICAS ELÈCTRICAS SON CONSIDERADAS COMO FENÒMENOS DE PROBABILIDAD. NO SE PUEDE ASEGURAR QUE UNA INSTALACIÒN SE ENCUENTRA PROTEGIDA UN 100% FRENTE A LOS RAYOS, AÙN CUANDO SE INSTALE CORRECTAMENTE Y DE ACUERDO AL NFPA 780. UNA PROTECCIÒN ADECUADA DISMINUYE LAS PROBABILIDADES DE DAÑOS CAUSADOS POR LOS RAYOS. LOS CABLES MULTIFILARES SON MÀS EFECTIVOS EN LA DISIPACIÒN DE LA ENERGÌA DE LOS RAYOS DEBIDO AL “EFECTO DE PIEL O SUPERFICIE” LOS RAYOS NO SIGUEN NUESTRAS REGLAS www.gstgrounding.com
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Puesta a Tierra Sitio de Comunicaciones Capítulo 8
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Central Office Concepts
Objetivos • La instalación de un sistema correcto de tierra para el sistema eléctrico de distribución • Planificación del sistema de tierra • Sistema de tierra Exterior • Sistema de Tierra Interior • Punto Único de Puesta a Tierra • Barra de Tierra Principal o MGB 9-1 www.gstgrounding.com
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129
Special Situations
Sistema de Baterías
Equipo CD
Rectificador Batería
Inversor 8-3
Equipo CA www.gstgrounding.com
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Anillo Interior o Halo
GENERADOR
MGB
Torre
Euipo de CA
EDIFICIO
Radiales
Euipo de CD
Varillas de Tierra
Cerca Metálica www.gstgrounding.com
Anillo Exterior de Tierra Grounding Systems Technologies
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Sistema de Puesta a Tierra
Sistema De protección frente a rayos 10” Min
T ípico Típico Sitio de Telecomunicaciones
Conductor bajante Multifilar #2/0 AWG Cu
Cables De Tensión
Halo Ground
Barra Exterior de Tierra Ground Kits MGB
Equipo
Batería
Anillo de Tierra
Anillo de Tierra
Radiales
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Fotografía después de la caída de un rayo. Dispersión de la energía de un rayo en un Campo de golf www.gstgrounding.com
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Radiales, Contrapesos o Dispersores L= 88-10 m Ref: Sandia Labs: Antes del impacto, impacto, cuando el leader escalonado se encuentra a aproximadamente 2 m, el 75% de la carga inducida sobre la superficie de la tierra se extiende dentro de una area circular de 8 metros.
8-10 m No. 2/0 2/0 AWG
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Grounding Kits
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133
Barra de Tierra Exterior
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BARRA DE TIERRA PRINCIPAL O MASTER GROUND BAR
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BARRA DE TIERRA PRINCIPAL
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Grounding Overview
BARRA PRINCIPAL O “MAESTRA” DE TIERRAS ( MGB ) Dimensiones Comunes 4” X 36” X 1/4” Genadores de Perturbaciones
Absorbedores de
Zona no
Zona
Perturbaciones
Aislada
Aislada
Área P
Área A
Área N
Área I
Sistema de Tierra
Equipo no Crítico
Zona Aislada (WGB)
Equipo de Radio y MW Tierra de Supresores
del edificio
Sistema de Tierra de CD
Barra de Cables de entrada
Barra de Tierra del Distribudor Principal
Equipo Crítico
Estructura de la Planta Eléctrica de Emergencia
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Barra de Tierra Principal
Violando Todas las reglas
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Conductores de Tierra del Equipo
Área 1
MGB Conductor o “Bus”
Electrical Panel
Equipo de Radio
N
SISTEMA APLICANDO EL CONCEPTO DE ÚNICO PUNTO DE PUESTA A TIERRA RGB
G
Equipo de MW Equipo Crítico de la Zona de Tierra Aislada Banco de Batería
SSGB
Área 2
Sistema Electrodo de Tierra
RGB Conductor de Tierra del Equipo Equipo de Comunicaciones
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Instalación Típica de la Barra “RGB” Unión al Conductor Principal o “Bus” A la MGB
Conductor Bus RGB
RGB Conductor de Tierra del Equipo
Conductor de Tierra del Equipo
Bastidores www.gstgrounding.com
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UBICACIÓN PREFERIDA PARA LA “MGB” Tablero
Anillo Interior de Tierra o Halo
Conductor de Tierra del Equipo
Secundario
Bastidor típico
Barras Auxiliares de Tierra
Marco de Ventana
Tablero Principal Anillo Exterior
Metal no Activo
Metal Inactivo
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MGB
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Grounding Overview
Batería
Generadores de Perturbaciones
Área P
+ 48
Área A
Equipo Crítico
Área N
Área I
Zona no
Zona
Aislada
Aislada
Absorbedores de Perturbaciones
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Special Situations
Zona de Tierra Aislada •
El equipo electrónico sensible ubicado en una zona aislada, en un sitio de comunicaciones, se conecta a una barra especial de tierra llamada “Barra de Ventana de Tierra”.
•
Esta barra de la zona de tierra aislada se conecta a la sección “Ï”de la Barra de Tierra Principal.
•
Cada equipo tiene su conexión a tierra.
•
Nota: No conectar el equipo en cadena.
8-8 www.gstgrounding.com
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Central Office Concepts
Zona de Tierra Aislada Equipo Electrónico
Inversor
MGB
Para Equipo de Prueba
GWB
Zona de Tierra Aislada
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Special Situations
Protección frente a EMI Techo de la Estructura MGB
Anillo Interior / Halo Equipo de Servicio
Marco Metálico de la puerta
Supresor
HVAC
Equipo Piso
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Special Situations
Conexión del halo Anillo Interior o “Halo”
Anillo Exterior
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Anillo Interior o Anillo Halo
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CABLEADO EN UN SITIO DE COMUNICACIONES SE USA UN CDR N0. 2 AWG O MAYOR . GENERALMENTE SE UTILIZA 2/0 AWG. • PARA UNIR LA MGB Y BARRAS AUXILIARES* • PARA UNIR LA MGB CON EL ELECTRODO DE TIERRA • PARA FORMAR EL ANILLO INTERIOR O HALO* •PARA FORMAR EL ANILLO DE TIERRA EXTERIOR** • PARA FORMAR MALLAS DE TIERRA** • CONDUCTOR BAJANTE DEL SISTEMA PARARRAYOS * SÓLIDO O MULTIFILAR CON FORRO DE COLOR VERDE ** SÓLIDO O MULTIFILAR DESNUDO
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CABLEADO EN UN SITIO DE COMUNICACIONES CDR N0. 6 AWG O MAYOR SÓLIDO O MULTIFILAR CON FORRO DE COLOR VERDE PARA UNIR OBJETOS METÁLICOS Y OTROS EQUIPOS (NO DE COMUNICACIONES) : • PUERTAS Y VENTANAS METÁLICAS • BANDEJAS PORTACABLES • PANELES ELÉCTRICOS • CUBIERTAS DE EQUIPOS TELCO • GENERADORES Y TRANSFERENCIAS AUOTMÁTICAS • PUERTOS METÁLICOS DE ENTRADA • EQUIPOS DE CALEFACCIÓN Y AIRE ACONDICIONADO • PARA UNIR EQUIPOS, GABINETES, RACKS • PARA SUPRESORES DE SOBREVOLTAJES TRANSITORIOS
*
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CABLEADO EN UN SITIO DE COMUNICACIONES CDR N0. 20-26 AWG SÓLIDO FORRADO PARA CONEXIONES “CROSS-CONNECTIONS” EN MARCO DE DISTRIBUCIÓN (DISTRIBUTION FRAME) CDR N0. 12 SÓLIDO O MULTIFILAR FORRADO VERDE DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN PARA CABLES DE TELEFONÍA- SI MÚLTIPLES CIRCUITOS CONNECTAR A UN CABLE BUS NO. 6AWG
NOTAS: • TODOS LOS CONDUCTORES DE TIERA SEPARADOS UN MÍNIMO DE 2” DE CABLES DE POTENCIA CA, SEÑALES, CONTROL, ANTENNAS Y LÍNES DE TRANSMISIÓN. • RADIO DE CURVATURA, MÍNIMO 8” • CABLES DESNUDOS NO DEBEN INSTALARSE SI EXISTE CONTACTO CON MATERIALES GALVANIZADOS COMO : PATAS DE TORRES, BANDEJAS PORTACABLES…. www.gstgrounding.com
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Puesta a Tierra Centro de Cómputo
Capítulo 9
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142
Grounding for Computer Rooms - 10
Objetivos Trataremos sobre: Tierra Aislada para Centros de Cómputo y de Procesadores de datos Problemas típicos de Puesta a Tierra de Centros de Cómputo y de Equipo Electrónico sensible Tierra de Referencia de Señal para equipo basado en microprocesadores El fenómeno de Resonancia Como dimensionar el conductor Neutro para equipo electrónico sensible www.gstgrounding.com
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Special Situations
Tierra Aislada • Un conductor extra, aprobado por el comité de la norma en los años 70, y su función era proporcionar un ambiente libre de ruidos eléctricos para la electrónica moderna. • Este conductor de tierra se origina en el punto neutro-tierra del “equipo de servicio” y termina en un tomacorriente especial (de color anaranjado) sin tocar metal alguno en su trayectoria. www.gstgrounding.com
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Special Situations
Receptáculo de Tierra Aislada • El conductor de “tierra aislada” conecta el terminal de tierra aislada del tomacorriente • El conducto metálico o un conductor de tierra de seguridad se conecta a la caja metálica del tomacorriente. • El conduit actúa como tierra de seguridad de la caja metálica. • El voltaje inducido en el conduit no se refleja en la tierra aislada. 8-4 www.gstgrounding.com
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TOMACORRIENTE DE TIERRA AISLADA
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TOMACORRIENTE DE TIERRA AISLADA
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Tierra Aislada Tablero secundario A N
B N
N
TE
TA
N
C Receptáculo de
Entrada de servicio
Tierra aislada Tierra del equipo
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Special Situations
Receptáculo de Tierra Aislada
Equipo de Servicio
Conducto Metálico
Tablero Secundario
Receptáculo de Tierra Aislada
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CARACTERÍSTICA DE RESONANCIA EN CONDUCTORES Impedancia de un conductor Núm. 4 AWG, de 6.7 m aterrizado en un extremo
Ohms
Frecuencia en MHz
Longitud de Onda
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1/4
1/2
3/4
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146
CARACTERÍSTICA DE RESONANCIA EN CONDUCTORES • PROCESADORES MODERNOS OPERAN A FRECUENCIAS ENTRE 5 MHZ Y MAYORES DE 60 MHZ • LA REJILLA DE REFERENCIA DE SEÑAL OFRECE UN PLANO DE REFERENCIA DE POTENCIAL CONSTANTE A UNA BANDA DE MUCHAS FRECUENCIAS LA RESONANCIA OCURRE CUANDO LA LONGITUD DEL CABLE ES 1/4 λ (LONGITUD DE ONDA) O MÚLTIPLES IMPARES:
• •
•
CUANDO XL= XC SE HA DETERMINADO QUE NO EXISTE DIFERENCIA DE POTENCIAL SIGNIFICATIVO ENTRE LOS EXTREMOS DE UN CONDUCTOR SI SU λ NO EXCEDE 5% (1/20 λ ) λ A 30 MHZ = 32.8’ 2’ 32.8 X 0.05 = 1.64 ~ 2’
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INSTALACIÓN DE LA FUENTE DE PODER El equipo de distribución de potencia para centros de cómputo debe ser instalado, tan cerca a la carga, como sea posible. Todas las cargas del sistema deben ser identificadas y evaluadas, para establecer compatibilidad con el equipo en elcentro de cómputo. Cargas pesadas, lo mismo que cargas tales como ascensores, aires acondicionados, copiadoras no deben ser conectadas a la misma fuente de energía que suministra al centro de cómputo.
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PISO DE UN CENTRO DE CÓ CÓMPUTO
Durante su construcción
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¿ Administración De Cableado? Cableado?
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Malla de Referencia de Señal Todo el cableado de datos y energía deben ser extendidos cerca de la malla de referencia de señal. Las uniones eléctricas a la malla, deben ser tan cortas, como sea práctico. El equipo protegido por la malla debe ser aterrizado a esta, en diferentes puntos. Unir eléctricamente, de forma permanente, la malla a la estructura metálica del edificio, si es accesible, y a cada estructura metálica que cruce su plano dentro de una distancia de 6 pies. Note - Source IEEE STD 1100-1992 Powering and Grounding Sensitive Electronic Equipment
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Tierra para Sala de Cómputo
L1 L2
L3 TIERRA N
EQUIPO DE CÓMPUTO TUBERÍA METÁLICA
ACERO DEL EDIFICIO
REJILLA DE TIERRA ELECTRODO DE TIERRA
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Rejilla de Referencia de Señal
Conductor Núm.. 4 AWG CU Las intersecciones se unen
Cintas de Cobre 0.0254 cm X 10.16 cm unidas con pernos o soldadura
con conectores www.gstgrounding.com
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MALLA DE REFERENCIA DE SEÑAL
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Tensión Neutro - Tierra Limitar esta tensión para equipos electrónicos Sensibles a valores no mayores a 2 VpVp-p
VOLTAJE
20 15 10 5 0
0
0
5
10 15 20 MILISEGUNDOS
MEDIDA NEUTRO-TIERRA
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153
Table 9 Alternating-Current Resistance and Reactance for 600-Volt Cables, 3-Phase, 60 Hz, 75°C (167T) - Three Single Conductors in Conduit Ohms to Neutral per Kilometer Ohms to Neutral per 1000 Feet
X,, (Reactance) for All Wires Size AWG or Kcmil
14
PVC , Al Con duit
0.19 0 0105 8
12
0.17 7 0,05 4
10
0.16 4 0.05 0
Alternating-Current
Alternating-Current
Resistance for Uncoated Copper Wires
Resistance for Aluminum Wires
Steel
Steel Condu it
PVC Cond uit
Al Cond uit
0.240
10.2
10.2
10.2
0.073
3.1
U
3.1
9.2211
6.6
6.6
6.6
10.5
0.068
2.0
2.0
2.0
3.2
Cond uit
PVC Conduit
------
Al Conduit
-------
10.5 3.2
Effective Z at 0.85 PF for Uncoated Copper Wires
Effective Z at 0.85 PF for AL Wires
PVC Conduit
Al Conduit
Steel Conduit
PVC Conduit
Al Conduit
Steel Conduit
8.9
8.9
8.9
----------
----------
----------
2.7
2.7
2.7
10.5
5.6
5.6
5.6
9.2
9.2
92
3.2
1.7
1.7
1.7
2.8
2.8
2.8
Steel Conduit
---------
0.207
3.1)
-1,1)
3.1)
6.6
6.6
6.6
3.6
3.6
3.6
5.9
5.9
5.9
0.063
1 1
1
1 ,
2.O
1.0
2.0
1.1
1,1
11
1.8
1.8
LS
,
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DIMENSIONANDO EL CONDUCTOR NEUTRO PARA CENTROS DE CÓMPUTO EJEMPLO: Dimensionar el conductor neutro para un centro de cómputo. Longitud del conductor neutro 100’ Conductor # 12 AWG de Cu Transporta 5 amperios Z efectiva a .86 FP = 1.7 Ohms/ 1000’ Z Efectiva a .86 FP = .17 / 100’ V=IXZ VRMS = 5 A X 0.17 = 0.85 VRMS VPP = VRMS X 2.828 VPP = 0.85 X 2.828 = 2.4 VPP www.gstgrounding.com
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154
DIMENSIONANDO EL CONDUCTOR NEUTRO PARA CENTROS DE CÓMPUTO EJEMPLO: Dimensionar el conductor neutro para un centro de cómputo. Longitud del conductor neutro 100’ Conductor # 12 AWG de Cu
Transporta 20 amperios Para obtener un voltaje de 2 VPP VPP = VRMS X 2.828 VRMS = VPP /2.828 Vrms = I X Z Z=Vrms/I Z = 2 VRMS /20 Z = 2 VPP /20 X 2.828 = 0.035 Ω MIRANDO EN LA TABLA NO. 9 = CONDUCTOR # 4AWG www.gstgrounding.com
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155
Puesta a Tierra Para proteción frente a Interferencias Electromagnéticas (EMI) Capítulo 11
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Data Lines and Instrumentation - 11
Objectivos •
Puesta a tierra para circuitos electrónicos en ambientes de baja y alta frecuencia. Repasar: - Susceptibilidad de componentes y circuitos electrónicos - Campos Electromagnéticos - Efectividad de los apantallamientos de cables - Blindajes contra acoplamiento inductivo, capacitivo y de radiofrecuencia - Puesta a tierra de los blindajes de cables - Cable coaxial y su puesta a tierra - Lineas telefónicas y su puesta a tierra - Protocolos de Comunicationes
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156
EMI In Electronic Systems - 12
Resolver problemas relacionados con: • Interferencias Electromagneticas (EMI) • Descargas Electrostaticas (ESD) • Interferencias de Radio frecuencia (RF) • Puestas a Tierra no adecuads o incorrectas
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EMI In Electronic Systems - 12
Acoplamiento EMI Los métodos para eliminar las EMI incluyen: • Eliminarlas en la fuente • Limitar la sensibilidad del receptor • Disminuir la potencia transmitida por medio de trayectorias de acoplamiento
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157
Data Lines and Instrumentation - 11
Susceptibilidad de Componentes y Circuitos Electronicos • Circuitos electrónicos, analógicos y digitales, son susceptibles a interferencias de RFI. EMI son causadas por acoplamientos: •“E” (capacitivos) •“H” (inductivos) y •Campos electromagnéticos (radiación electromagnética) www.gstgrounding.com
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Data Lines and Instrumentation - 11
Susceptibilidad de Componentes y Circuitos Electrónicos • Consideraciones importantes para la utilización de blindajes: - Un blindaje electrostático contra “E” debe ser conectado a un potencial constante o al sistema de puesta a tierra del sistema y debe tener conductividad. - Un blindaje para “H” debe encerrar los componentes a proteger y debe tener alta permeabilidad. - Resultados optimos y efectivos puden ser obtenidos con blindajes compuestos de un material reflector y un material de alta permeabilidad. www.gstgrounding.com
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158
Data Lines and Instrumentation - 11
Blindajes contra Acoplamiento Capacitivo • Un blindaje capacitivo debe tener alta conductividad. • Acoplamiento capacitivo es debido a señales de interferencia por medio de capacitancias en el sistema. • el procedimiento para bloquear el acoplamiento consiste en encerrar el circuito, o el conductor, el cual requiere ser protegido, dentro de un blindaje hermético metálico. www.gstgrounding.com
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Data Lines and Instrumentation - 11
Blindajes contra Acoplamiento inductivo Para la proteccion de un circuito de este tipo de acoplamiento, es importante tener presente dos aspectos importantes: 1. Minimizar los campos que causan interferencias en las fuente que los genera. 2. Reducir los efectos inductivos del circuito victima, minimizando las areas de lazos que transportan corrientes. www.gstgrounding.com
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Data Lines and Instrumentation - 11
Blindajes contra Acoplamiento de radiofrecuencia •Un blindaje perfecto contra las interferencia de alta frecuencia no existe. • Se utiliza un blindaje de material ferromagnético y un material de cobre dirigido a la fuente del campo eléctrico para causar p+erdidas por reflexión. La presencia de materiales ferromagnéticos causa pérdidas por absorción. • El blindaje trabaja induciendo corrientes EMI en el material del blindaje.
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Forma Incorrecta de Aterrizar un Blindaje
Lazo de Corriente o Bucle de Tierra
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Conexión para Cable Doble Twinaxial
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EMI In Electronic Systems - 12
ESD Fuentes primarias de daños a componentes: ESD pueden ser generadas por el toque humano - Componentes sensitivos a