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Departamento de Ingeniería Eléctrica all
Contenido - Tierras eléctricas
• Puesta a tierra del sistema eléctrico
• Puesta a tierra del equipo
• Definiciones
• Sistema derivado separadamente
• Electrodos
• Cuerpo de tierra
• Electrodos aislados
• Unión neutro - tierra
• Tomacorrientes normal
• Tomacorrientes con GFCI
Departamento de Ingeniería Eléctrica all
Objetivos - Tierras eléctricas
• Justificar la puesta a tierra de sistemas de alimentación
• Justificar la puesta a tierra de los equipos
• Distinguir puesta a tierra de sistema y puesta a tierra de equipos
• Conocer las definiciones pertinentes a tierras eléctricas
• Describir los sistemas de electrodos
• Distinguir los diferentes tipos de electrodos
• Describir los problemas de los electrodos aislados
• Describir los problemas de las uniones ilegales neutro-tierra
• Conocer los GFCIS
• Identificar las ventajas de los GFCIS
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¿Porqué aterrizar el sistema de alimentacióneléctrica?
NEC 250-1, FPN No.1 (FPN = “Fine Print Note”).a) limitar los sobrevoltajes transitorios debidos a
descargas atmosféricas, a maniobras coninterruptores,
b) para limitar los voltajes en caso de contactoaccidental del sistema de alimentación conlíneas de voltaje superior y
c) para estabilizar el voltaje del sistema dealimentación con respecto a tierra.
Sistema de alimentación eléctrica
fase a
fase b
fase c
Ia
Ic
Ib
delta Y
a) sin puesta a tierra
fase a
fase b
fase c
delta Y
b) puesto a tierra
transformador transformador
puente de unión principal
conductorpuesto a tierra
sistema de electrodos
Ia
Ic
Ib
figura 1 de Tierras eléctricas, puesta a tierra del sistema de alimentación eléctrica
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¿Porqué se requiere la puesta a tierra deequipo?
NEC 250-1, FPN No.2
a) limitar el voltaje de los materiales metálicos noportadores de corriente con respecto a tierra y
b) que en caso de falla a tierra, opere la protección desobrecorriente
Puesta a tierra de equipo
chasis
fase
neutro
tierra
(a) Alambrado correcto.(b) La protección de sobrecorriente
opera en caso de que el hilo vivo
toque accidentalmente el chasis .
fase
neutro
tierra
i
ichasis
fase
neutro
tierra
chasis energizado jarp
(c) La ausencia de la puesta a tierra de equipo es un peligro de electrocución
figura 2 de Tierras eléctricas, puesta a tierra de equipo
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Términos de tierras eléctricas
conductor puesto atierra de acometida
barra de neutros
puente de uniónprincipal
barra de tierras
equipo dedesconexión principal
conductor del electrodode puesta a tierra
electrodo de puesta a tierra
conductor de puesta a tierra
conductor puesto a tierra
conductor vivo
CFE
medidor
figura 3 de Tierras eléctricas, puesta a tierra de equipo
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+
-
240 V
+
-
480 V
Aire acondicionado de ventana
20 A
Puesta a tierra de equipos en un sistema flotado
NO CUMPLE CON NORMAS
NO CUMPLE CON NORMAS
Puesta a tierra de equipos en un sistema flotado
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Sistema aterrizado sin puesta a tierra deequipos
+
-
240 V
+
-
480 V
Aire acondicionado de ventana
20 A
NO CUMPLE CON NORMAS
NO CUMPLE CON NORMAS
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+
-
240 V
+
-
480 V
Aire
acondicionado de
ventana
20 A
SÍ CUMPLE CON NORMAS
Puesta a tierra y conductores
del circuito en la misma
canalización
Sistema aterrizado y puesta a tierra de equipos
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Sistema derivado separadamente.
• Un sistema de alimentación ubicado dentro de lapropiedad en el cual la potencia se deriva de ungenerador, de un transformador o de los devanados deun convertidor y no hay conexión directa con losconductores de alimentación de otro sistema, estoincluye a un conductor sólidamente puesto a tierra.
• un generador de emergencia con interruptor detransferencia de cuatro polos,
• un UPS con “bypass” a través de transformador,
• un transformador ferroresonante.
Departamento de Ingeniería Eléctrica
a) transformador trifásico delta - estrella
delta Y
x0
x3
x2
x1
c) transformador monofásico de tres hilos
x0
x1
x2
x0
x1
d) transformador monofásico
b) transformador trifásico delta - delta
delta delta
x3
x2
x1
Ejemplos de sistemas derivados separadamente
Figura 4 de Tierras Eléctricas. Conexiones más comunes de transformadores
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GeneradorTablero de la
desconexión principal deltransformador
Tablero del interruptor automático de transferencia de tres polos
a la carga
conductores de fase no aterrizados
conductores de fase no aterrizados
neutro
3 φ
3 φ
conductorde puesta a tierra deequipo
n
canalización
barra de neutros
Los conductores de fase no tienenconexión directa con la alimentación
principal
El conductor neutro del genardortiene conexión directa con el neutro
de la alimentación principal
NO es sistema derivado separadamente
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La salida del “UPS” no es un sistema derivadoseparadamente
N
G
N
G
Transformador UPS
entrada 3φ y neutro al “bypass”
entrada 3φ y tierra al “UPS”
puesta a tierra de equipos salida 3φ, neutro y tierra a las computadoras
adaptado del IEEE 142-1991, libro verde, página 51
No hay unión entreneutro y tierra a lasalida del “UPS”
En un sistema derivado separadamente losconductores de salida no tiene conexióndirecta con los conductores de entrada
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Electrodos naturales, NEC 250-81:
electrodode suplemento
equipo dedesconexiónprincipal
medidor
puente paracontinuidad eléctrica
la tubería de agua debe estarpor lo menos 3 m en contactocon la tierra
Figura 5, 6 y 7 de Tierras Electricas. Electrodos Naturales
equipo dedesconexiónprincipal
varillas de 1/2 " o cobre desnudocalibre 4 o mayor, embebidos enconcreto, longitud de 6 m o más
edificio
cobre desnudo calibre 2 o mayor
enterrado 2.5 piés o más
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Cuerpos de Tierra
tierra
cuerpo 1 cuerpo 2
Figura 8 de Tierras Electricas. Cuerpos de Tierra
NEC 250-84• La resistencia de los electrodos artificiales debe ser menor a 25.• En caso de que la resistencia sea mayor hay que agregar otro electrodo en paralelo a una distancia de por lo menos 1.8 mFPN: La efectividad de poner en paralelo varillas de más de 8 ft se mejora si se separan más de 8 ft
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1 225,000 volts 0 volts
Tierra Profunda
Cables de Comunicación
Potencial en A y B es diferente que en C
Disipación de laenergía del rayo
5 Ω
A
B
C
10 Ω
1 2
Figura 10 de Tierras Electricas.
Electrodos Aislados
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Tierra de computadora, limpia, aislada yexclusiva
ITM de 15 A Aislante
Tubo conduit
Tierra “sucia”de acometida
5 Ω5 Ω Tierra “limpia”,
exclusiva y aislada
Filtro capacitivoen corto
Carga
Figura 11 de Tierras Electricas.
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Unión ilegal neutro - tierra (1)
computadoras
+-
h
g
i
n
h
g
R com
+ -v = 0
n
+-
v = 0
a) Alambrado correcto
+-
i
R com
+ -v = 0
+-
v = Rcom i3
i1
i2
i3
b) Unión ilegal neutro - tierra
i3
El voltaje en el extremo de envío es cero
El voltaje en el extremo de recepción no es cero
Figura 12 de Tierras Electricas.
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Unión ilegal neutro - tierra (2)
i
i
canalización de cables de comunicación
canalización de cables de alimentación
campo magnético débil
i1
i
canalización de cables de comunicación
canalización de cables de alimentación
campo magnético intenso
i
i2
ienc = 0 ienc = i2
i2
a) Sin unión ilegal neutro - tierra b) Unión ilegal neutro - tierra
Figura 13 de Tierras Electricas.
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El tomacorrientes o contacto
conductor de puesta a tierra
conductor puesto a tierra
conductor vivo
Portalámparas
metálico
g
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La mano derecha y el toma corrientes
Suponiendo que la mano es la clavija
• El dedo pulgar es el vivo
• El dedo índice es la tierra y
• El dedo anular es el neutro
Esta regla es útil para recordar el alambradocorrecto
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Tomacorrientes y el riesgo de choque eléctrico
conductor de puesta a tierra
conductor puesto a tierra
conductor vivo
CFE
400 mA
Choque eléctrico y la unidad térmica
no disparará
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No es necesario tocar directamente el vivo deltomacorrientes
TALADRO
TRAYECTORIA LA CORRIENTE
Adaptado de John Cadick,Electrical Safety Handbook
La corriente pasa del taladro a la mano y del cuerpo a la tierra.
120 V
TALADRO
R1= Resistencia de contacto con el taladro
R2 = Resistencia del cuerpo sin incluir la piel
I
mARRR
VI 21
5000200500120
321
=++
=++
=
R3= Resistencia de contacto entre los zapatos y la tierra
Con suela de cuero húmeda,parado en suelo húmedo, y está sudando intensamente
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Tomacorrientes con interruptor de circuitos bajo falla atierra
G F C I
Ground Fault Circuit Interrupter
Sensor de
corriente diferencial
g
n
h
Circuito de
disparo
RESET TEST
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Terminales de línea y terminales de carga
Sensor de
corriente diferencial
g
n
h
Circuito de
disparo
RESET TEST
Terminales de línea Terminales de carga
Es muy importante que no se inviertan
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Protección contra choque eléctrico
Sensor de
corriente diferencial
g
n
h
Circuito de
disparo
RESET TEST
Debido a que la corriente no regresa
por neutro, el interruptor disparará
protegiendo contra choque eléctrico
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Interruptores defalla a tierra
Hubbell
Unidad térmica con interruptor de
falla a tierra marca SquareD
Leviton
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Probadores de Interruptores de falla a tierra
UNITEST GFI TESTER
IDEAL CIRCUIT IDENTIFIER
PLUS RECEPTACLE TESTER
INSPECTOR II
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Unión neutro a tierra sin protección
Sensor de
corriente diferencial
g
n
h
Circuito de
disparo
RESET TEST
i
i1
i2
i3
i4
•i = i1 + i2
•i1 = i3 + i4
•El retorno parcial por el neutro
deja desprotegido a la persona
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Tomacorrientes con interruptor de falla a tierradetectan unión ilegal neutro tierra
LEVITON, ejemplo de tomacorrientes con GFCI
El interruptor disparará
G
N
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Cordones de extensión con falla a tierra
•Los cables de extensión deben contar
con protección de pérdida de neutro
•Esto se requiere para evitar que queden
el vivo y la tierra con riesgo de
electrocución y el GFCI no dispare pues
la bobina del GFCI requiere del neutro
para disparar
•Los cordones de extensión tienen un
interruptor normalmente abierto, de tal
manera que requieren presencia de vivo
y neutro para cerrar el interruptor y
proporcionar salida
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Tipos de Interruptores de falla a tierra
•Tipo interruptor termomagnético
sobrecarga
cortocircuito
falla a tierra
•Tipo tomacorrientes
falla a tierra
neutro aterrizado
•Tipo cordón de extensión
falla a tierra
unión ilegal neutro tierra
pérdida de neutro
GN