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Qué condiciones predominarían en un sistema de alimentación en condiciones de fallas a tierra

¡Hola a todos los amantes de la electricidad y la seguridad! En esta ocasión, exploraremos las condiciones y requisitos esenciales para un sistema de alimentación seguro y confiable. Acompáñenme en este emocionante recorrido mientras analizamos las pautas del Código Eléctrico y las consideraciones clave para garantizar una correcta conexión a tierra. ¡Prepárense para aprender y descubrir todo lo necesario para una instalación eléctrica de calidad!

La imagen que ilustra este artículo nos muestra las condiciones que predominarían en un sistema de alimentación, en condiciones de fallas a tierra. En este ejemplo vemos un sistema de alimentación trifásico de 400 amperes, en conexión Delta, con una acometida de cuatro hilos 120/240 V. Este sistema alimenta un tablero de distribución a través de un conducto no metálico. Los conductores de fase de la acometida son de 500 kcmil de cobre, y el electrodo de tierra utilizado es un electrodo artificial o "fabricado". Analicemos más de cerca los detalles y los requisitos que debemos tener en cuenta.

Según la sección 250-28(d) del Código Nacional de Electricidad (NEC), el puente principal de unión debe seleccionarse de acuerdo con la tabla 250-66. Se recomienda utilizar un cable de cobre calibre #1/0 AWG o un conductor de aluminio calibre #3/0 AWG. Sin embargo, también debemos tener presente lo que establece la sección 250-2 del Código, que dice: "El paso a tierra de los circuitos, equipos y las capas metálicas de los recubrimientos de los conductores deben tener la capacidad suficiente para conducir, con seguridad, cualquier corriente de falla que les sea impuesta". Esto significa que en algunos casos puede ser necesario aumentar el calibre del conductor a tierra o limitar la corriente de falla que puede afectarlo.

El calibre del conductor del electrodo de tierra de un sistema de alimentación de corriente alterna, ya sea con o sin conexión a tierra, no puede ser menor al indicado en la tabla 250-66. Esto aplica cuando el electrodo de tierra es un tubo metálico de agua enterrado, una varilla metálica correctamente conectada a tierra o la estructura de un edificio correctamente conectada a tierra. Sin embargo, si el único electrodo de tierra disponible es una varilla enterrada u otro electrodo fabricado, se permite utilizar un cable de cobre de calibre #6 AWG. Puedes consultar la sección 250-66 para obtener más detalles. Además, la tabla 250-122 nos permite utilizar un conductor de conexión a tierra del tablero de distribución de calibre tan pequeño como #3 AWG para conductores de cobre.

En algunos casos, puede ser necesario incrementar el calibre del conductor del electrodo de tierra para cumplir con los requisitos establecidos en las secciones 110-19, 250-2 y 250-96. La sección 110-10 establece que las impedancias del circuito y los dispositivos de protección deben coordinarse de manera que no causen ningún daño extensivo a los componentes eléctricos en caso de una falla.

Las secciones 110-10, 250-2 y 250-96 nos exigen conocer la corriente de falla disponible, así como las características de funcionamiento de los dispositivos de protección y los calibres de los conductores de conexión a tierra. Esto es fundamental para garantizar que sean consistentes con la corriente de falla disponible. La trayectoria de la corriente de falla a tierra va desde la cubierta, a través del puente de unión hacia la barra colectora del equipo, luego a través del conductor de conexión a tierra del equipo hacia la barra colectora de tierra en la acometida, y finalmente a través del conductor neutral hacia el devanado secundario del transformador conectado a tierra.

Debido a la alta impedancia de la trayectoria en paralelo a tierra impuesta por los electrodos enterrados, solo fluye una pequeña corriente de falla a través del electrodo de tierra del tablero de servicio y luego a través de la tierra de regreso al neutral del transformador conectado a tierra. Por lo tanto, un conductor de cobre calibre #6 AWG es adecuado para el conductor del electrodo de tierra.

Es importante mencionar que los fabricantes de cables y alambres proporcionan información sobre las capacidades y límites de operación tiempo/corriente de sus conductores de cobre y aluminio. Si la protección proporcionada no es consistente con las corrientes de falla y el tiempo disponible para la disipación de fallas, puede ser necesario aumentar el calibre de los conductores de conexión a tierra. Una opción sería utilizar fusibles de corrientes límite o interruptores automáticos de corrientes límite en combinación con el conductor de fase, lo que limitaría la corriente de falla que afectaría al conductor de conexión a tierra.

Y ahí lo tienes, amigos electricistas y entusiastas de la electricidad. Hemos explorado las condiciones y requisitos para un sistema de alimentación seguro, aprendiendo sobre la selección adecuada del calibre del conductor del electrodo de tierra y los factores a considerar según el Código Eléctrico. Recuerden siempre consultar el Código y seguir las regulaciones aplicables para garantizar instalaciones eléctricas confiables y seguras.

¡Espero que esta información haya sido útil y que te sientas más seguro en tus proyectos eléctricos! ¡Hasta nuestro próximo viaje por el fascinante mundo de la electricidad!

Cómo la puesta a tierra previene descargas eléctricas

Falla a tierra del motor. Existe un peligro.

Descubre cómo la puesta a tierra previene descargas eléctricas. En la imagen anterior se muestra una falla o cortocircuito dentro de un motor trifásico, que opera a 208 voltios, de manera que el chasís del motor se puede considerar como vivo o energizado. Cuando ocurre una falla dentro del motor, el armazón metálico de éste se encuentra al mismo potencial a tierra que el conductor de fase.

Ahora existe tanto un peligro como las probabilidades de un accidente en caso de que alguien toque al mismo tiempo el armazón del motor y una superficie que esté conectada a tierra. Existe una diferencia de potencial entre el punto 1 y los puntos 2 y 3, cuyo valor puede variar dependiendo de la efectividad de la unión entre el conductor de fase del armazón del motor.

El valor máximo puede ser de 208 voltios o una porción de éstos. Pero existe de todas maneras una diferencia de potencial entre el armazón del motor y cualquier superficie que esté conectada a tierra.

Peligro de descargas eléctricas

Descarga eléctrica.

En la imagen anterior se muestra un accidente que ocurre cuando alguien toca al mismo tiempo el armazón metálico del motor y una tubería metálica. Esto crea un circuito eléctrico completo a través de la persona, quien ahora recibe una descarga eléctrica. ¿Cuál sería el voltaje que circula a través de la víctima? Todo depende de qué tan efectivo sea el contacto de la persona para completar el circuito y de la impedancia tanto del sistema como de la persona. Éste no es el único peligro existente.

Peligro de recibir una desarga eléctrica.

En esta imagen se ilustra el segundo peligro. Una persona toca el armazón del motor y pisa una superficie conectada a tierra, al mismo potencial que la tubería metálica para agua. De nuevo, se puede observar la trayectoria de la corriente a través del cuerpo. La severidad de la descarga eléctrica de la víctima depende de la forma en que la víctima esté conectada al circuito eléctrico.

Ver también: La severidad de una descarga eléctrica

Cómo la puesta a tierra previene descargas eléctricas

El peligro se elimina instalando un puente de unión.

En esta otra imagen se muestra en forma conceptual la conexión de un puente de unión. Esta instalación es parte de un sistema que está conectado a tierra en forma adecuada y elimina los peligros que existían antes. Sin embargo, en los circuitos normales, el puente de unión no se conecta individualmente al armazón del motor. De acuerdo al Código, en un diseño correcto, este conductor de tierra se extiende en paralelo con los conductores de circuito dentro del mismo conducto.

La instalación de este puente de unión elimina la diferencia de potencial que puede existir entre el armazón del motor y otras superficies conectadas a tierra. Al conectar el puente se crea otra trayectoria para que la corriente fluya y muy posiblemente permitirá que se activen los interruptores de circuito. De esta manera, se eliminan los peligros de descarga eléctrica y se protege el motor de una reparación costosa.

En resumen, el puente de unión elimina la diferencia de potencial. No existirá una presión (voltaje) que empuje la corriente a través del cuerpo y la baja impedancia de la trayectoria ofrecida permite que la corriente circule por el conductor y no a través del cuerpo humano.

Instalación correcta de la tierra de seguridad.

La imagen anterior muestra la instalación correcta, de acuerdo con el Código, de la tierra del equipo o tierra de seguridad aplicando los conceptos presentados anteriormente.

Por qué es muy importante una tierra correcta y efectiva

La referencia a tierra es sólo para medidas de seguridad. El sistema eléctrico de distribución y el equipo que alimenta no requieren la puesta a tierra para operar en forma apropiada. Un avión, por ejemplo, transporta y utiliza una gran cantidad de equipos eléctricos y electrónicos. Estos equipos operan sin ninguna referencia a tierra. Los sistemas de control para las estaciones generadoras de energía eléctrica también flotan ―no tienen referencia a tierra. Entonces ¿por qué es muy importante una tierra correcta y efectiva?

Los detectores de tierra en los sistemas eléctricos de ciertas industrias, tales como la del acero, se usan para avisar al personal que hay un cortocircuito en las fases, que pasó inadvertido, o un cortocircuito entre el conductor neutro y la tierra. Esto es con objeto de eliminar la falla controlada para no interrumpir ciertos procesos que pueden presentar peligros si se interrumpen de forma instantánea.

El Código permite sistemas no conectados a tierra, bajo condiciones muy específicas y rígidas. Sin embargo, casi todos los sistemas eléctricos se conectan a tierra y es obligatorio hacerlo.

Consecuencias de una descarga eléctrica

En instalaciones eléctricas se puede observar algunos avisos como:

PELIGRO, ALTO VOLTAJE

¿Qué le sucede a una persona cuando recibe una descarga eléctrica? ¿Qué es lo que causa el daño, el voltaje o la corriente? Si el voltaje es bajo, en el rango de 120/208 V, la corriente provoca la mayor parte del daño. Si el voltaje es alto, ambos factores provocarán daños a la persona.

La circulación de corriente por un aparato calefactor, el cual es un elemento puramente resistivo, produce calor. Asimismo, si una corriente eléctrica circula por el cuerpo humano, también produce calor y éste es el que causa daños en el cuerpo.

La presión en un circuito eléctrico es el voltaje, el cual origina una corriente y también puede producir una explosión. A menudo cuando una persona se expone a un voltaje alto, ocurre una explosión en el punto donde la corriente sale del cuerpo. Entre más alto sea el voltaje, existen mayores probabilidades de que circulen corrientes debido a la baja resistencia del cuerpo humano.

Los conductores a tierra deben conectar todas las armaduras del equipo, chasis y partes metálicas a un punto común. Esto limita el voltaje que puede estar presente en las partes metálicas de cualquier equipo, a un nivel seguro para la protección del personal. Es otra razón del por qué es muy importante una tierra correcta y efectiva.

Consecuencias de una corriente de falla

Cualquier diferencia de voltaje entre los dos terminales de un conductor de tierra de seguridad (de conexión a tierra), nunca deberá exceder una fracción de volts a frecuencias de potencia de 50 o 60 Hz. La excepción a esta regla ocurre durante una condición de falla a tierra. Y debería existir el tiempo suficiente para permitir que el elemento termomagnético del dispositivo de protección (interruptor automático o fusible), interrumpa el suministro de energía. Tal falla a tierra quizá la cause un error en el aislamiento o en un componente del equipo. O una falla en el conductor que suministra la energía.

Ver también: Qué es la resistencia pura al flujo de corriente

El conductor metálico o el conductor de tierra no están destinados a transportar cualquier porción de carga normal de corriente. Su función es la de transportar corrientes de falla solamente. Sin embargo, las corrientes de fuga y ruido eléctrico pueden estar presentes en condiciones normales de operación, aunque no deben exceder de 0.2 amperes. Las normas de seguridad para corrientes de fuga, de un solo equipo de acuerdo con los laboratorios UL, indican que su valor no puede exceder de 0.5 miliamperios (UL 544).

A frecuencias de alimentación, el nivel de voltaje de 30 volts rms (valor medio cuadrático) es comúnmente el especificado como límite máximo de seguridad para el contacto humano. Una exposición momentánea por encima de este valor durante el tiempo que toma un fusible o un interruptor para aclarar la falla, puede provocar un daño significativo.

Por qué es muy importante una tierra correcta y efectiva

Ante altas frecuencias e impulsos de corta duración el cuerpo humano puede tolerar voltajes y corriente mucho más altos que los de frecuencia de potencia. Por fortuna, estos límites aumentan al incrementarse el contenido de la frecuencia y la caída de voltaje para una corriente de fuga o ruido determinados. Esto se debe a que la impedancia depende de la frecuencia. Y cuanto mayor es la frecuencia, mayor es la impedancia u oposición al flujo de corriente. Y por consiguiente, menor la corriente que circulará por el cuerpo.

Las señales de voltaje de altas frecuencias e impulsos desde 150 hasta 200 volts aparecen regularmente en conductores de tierra asociados con voltajes de circuitos de 120 volts. Sin embargo, su duración usualmente se mide en microsegundos y en general no se detectan al contacto.

El conductor de tierra de seguridad, o conductor de conexión a tierra, debe ser lo suficientemente grande para transportar la corriente apropiada. Y debe permitir el disparo del interruptor de seguridad en caso de falla. Por esta razón, la impedancia de la trayectoria a tierra, entre cualquier receptáculo eléctrico y el X₀ del transformador ―la trayectoria total de ida y vuelta de la impedancia de un conductor a tierra y el conductor neutral― no debe exceder de 2 ohms a 120 volts de corriente alterna.

La lectura de un amperímetro de inserción en cualquier conductor de conexión a tierra debe indicar cero amperes, pero en operaciones normales circularán pequeñas corrientes de fuga o corrientes inducidas. Cualquier lectura que exceda los 0.2 amperes debe ser preocupante y es preciso encontrar y eliminar la causa.

5 consideraciones realmente importantes al aterrizar las instalaciones

 

En la entrada de hoy hablaremos de 5 consideraciones realmente importantes al aterrizar las instalaciones eléctricas residenciales. Al diseñar y analizar cualquier sistema (eléctrico o electrónico) de conexión a tierra, las consideraciones de mayor importancia son:

1. Los códigos eléctricos exigen cumplir ciertas prácticas importantes de conexiones o puestas a tierra. El cumplimiento de estas prácticas ayuda a garantizar una mayor seguridad y eficiencia, al manipular o conectar aparatos a las instalaciones eléctricas.
2. Cualquier circuito que alimente una corriente a un conductor debe proveer una trayectoria de retorno al punto de origen.
3. Las corrientes siempre siguen las trayectorias de mínima impedancia.

Ver también: 5 SISTEMAS de TIERRA normados por el NEC (+1 inventado por fabricantes)

4. Las corrientes producidas en sistemas digitales modernos fluctúan entre el espectro de frecuencias de corriente continua y las radiaciones electromagnéticas de luz visible.
5. El propósito fundamental de la conexión a tierra en la acometida es limitar los voltajes que son producidos por rayos, sobrevoltajes transitorios (picos de voltaje) que se originen en las fuentes de energía, o el contacto accidental con líneas de alta tensión. Un objetivo secundario es estabilizar el voltaje con respecto a tierra, cuando los aparatos se encuentran funcionando de forma normal.

Se hace énfasis de nuevo en que el principal objetivo del código es la protección contra los riesgos de incendios. Y para acentuar la seguridad del personal contra una electrocución. Por ejemplo, si no existe una tierra efectiva, el Código exige la utilización de interruptores de circuito por falla a tierra (GFCI).

Sin embargo, los ingenieros de diseño o mantenimiento no sólo tienen la función de buscar la seguridad de las personas. También deben procurar el buen funcionamiento de los equipos bajo su responsabilidad.

¿Qué opinas de estas 5 consideraciones realmente importantes al aterrizar las instalaciones eléctricas residenciales? Escribe tus comentarios.

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5 SISTEMAS de TIERRA normados por el NEC (+1 inventado por fabricantes)

 

Hoy hablaremos de 5 sistemas de tierra normados por el NEC (+1 inventado por fabricantes). La materia de puesta a tierra se presta a una gran confusión. Esto se debe a la enorme cantidad de artículos técnicos, especificaciones y manuales existentes. Los cuales no están siempre de acuerdo entre sí. Y a la excesiva terminología sin ningún significado técnico determinado. Muchos de estos términos no están oficialmente definidos en ninguna norma. Se prestan a significado ambiguo. Y la mayoría se inventaron, a través de los años, por fabricantes de equipos electrónicos. Para empeorar la situación, muchas de las especificaciones que se aplican a los equipos electrónicos se han escrito por ingenieros, que nunca han leído el NEC. Por esta razón es importante definir los sistemas de tierra con términos técnicos. Esto para poder hablar el mismo lenguaje. Así como determinar el verdadero significado del Código.

A continuación te presentamos los 5 sistemas de tierra normados por el NEC (+1 inventado por fabricantes):

1. Tierra física o sistema de electrodo de tierra

Tierra física

La tierra física, también llamada sistema de electrodo de tierra, es la conexión física de un sistema a un electrodo bajo tierra. Ésta es sólo una parte del sistema pues el resto, es decir, la tierra del circuito y la tierra de seguridad (o del tierra del equipo), están arriba de la tierra física. Sin embargo, es imperativo considerar el sistema completo de tierra en una instalación eléctrica, con sus tres componentes principales: 

tierra física,

tierra del circuito,

y tierra del equipo.

El sistema electrodo de tierra (o tierra física) puede consistir en una varilla, tubería u otro electrodo aprobado por el Código. Y debe tener un contacto directo con la tierra. En resumen, es un sistema bajo tierra pero relacionado con las partes existentes por encima de la tierra: la tierra del circuito, y la tierra de seguridad o del equipo.

Tierra del circuito (conductor conectado a tierra o "neutro")

La tierra del circuito es el conductor conectado a tierra (o "conductor neutro"). El cual tiene la función, en caso de un corto circuito o falla a tierra, de transportar la corriente de falla cedida por el conductor de tierra del equipo. En el punto neutro-tierra del tablero principal de distribución, el neutro proporciona la trayectoria de baja impedancia, para la corriente de falla. De esta formase cierra el circuito. Lo cual facilita el disparo de los interruptores de circuito.

Tierra de seguridad ( o tierra del equipo)

El sistema de tierra de seguridad, o tierra del equipo, interconecta las partes metálicas de los equipos, que usualmente no acarrean corriente. Esto para mantenerlos con voltaje cero. En España se la llama "masa" para diferenciarlo de la tierra física. Este sistema previene peligro para las personas, pues en caso de un contacto entre un conductor de fase y la carcasa metálica del equipo, lo mantiene a la misma referencia a tierra. Al no existir un voltaje, no se generan corrientes peligrosas que podrían ser mortales para una persona.

2. Tierra de protección contra rayos

Tierra de protección contra rayos

La función específica de este sistema es drenar la energía del rayo a tierra, en forma controlada. Esto lo hace por medio de la varilla pararrayos, un conductor bajante y un electrodo de tierra separado. En el Código no se trata a fondo este sistema de protección. Pero sí exige que el sistema electrodo de tierra del sistema de protección contra rayos esté conectado con el electrodo de tierra del edificio.

¿Por qué se exige que la tierra de protección contra rayos se conecte con el electrodo de tierra del edificio?

A primera vista, parece ilógico que el código exija la interconexión de los dos sistemas. Por un lado, queremos drenar la corriente del rayo a tierra ¡y el Código nos exige que lo conectemos a nuestro sistema del edificio, donde se conecta nuestro valioso equipo electrónico! Es decir, estamos trayendo parte de la energía del rayo a nuestra instalación eléctrica. Sin embargo, la razón de esta regla es lógica. No olvidemos que la razón primordial del Código es la seguridad del personal y que el buen funcionamiento del equipo es secundario para el Código.

La energía del rayo puede consistir en altas intensidades de corriente y altos voltajes. La corriente generada por un rayo puede alcanzar niveles de 200 mil amperes y mayores. Si nuestro sistema de tierra de protección tiene una resistencia de 10 ohms, el voltaje sería de 2 millones de volts. A estos niveles, si los dos sistemas de tierra (el del edificio y el de protección contra rayos) no estuvieran interconectados, existiría una diferencia de potencial entre éstos. Y se produciría el salto del arco o chispa. Esto podría causar graves daños y aun la muerte de las personas.

También podría ocurrir que si una persona tocara en el momento del rayo un objeto metálico y el conductor bajante del sistema, estaría expuesta a 2 millones volts por unos cuantos microsegundos. En resumen, esta interconexión de sistemas es por razones de seguridad.

3. Tierra del equipo (o tierra de seguridad)

Tierra del equipo o tierra de seguridad

Este sistema conecta todas las partes metálicas de los equipos. Es decir:

los gabinetes metálicos,

los conductores metálicos,

las cubiertas metálicas de los electrodomésticos.

Y todo equipo que puede ser energizado y entrar en contacto con personas. Esto para mantener una misma referencia a tierra.

Ver también: 5 razones para aterrizar las cubiertas de metal

Este método no utiliza el sistema bajo tierra o electrodo de tierra. El Código exige que estas conexiones sean efectivas. Es decir, que de acuerdo con le Código tenga continuidad. Que pueda transportar la corriente de falla con seguridad. O sea, que tenga la capacidad adecuada para transportarla corriente de falla). Y que ofrezca una baja impedancia. Todo esto para que facilite la operación de los dispositivos de protección contra sobrecargas.

El conductor de tierra del equipo debe ser tratado de acuerdo con el Código. Esto para cumplir con el requisito de impedancia. Por ello lo trataremos detalladamente en próximos artículos.

4. Conductor conectado a tierra

Conductor conectado a tierra (conductor neutro)

El conductor conectado a tierra se conoce generalmente como "conductor neutro". De acuerdo con el Código, es la referencia a tierra del sistema. Esto debido a que, en un sistema conectado a tierra, se conecta a tierra en el transformador de la empresa suministradora de energía. Y este conductor conectado a tierra se trae a nuestro equipo de servicio a la entrada del edificio. Porque el Código así lo pide. En este punto se establece la unión neutro-tierra, en la barra de tierra. Y se conecta el conductor del electrodo de tierra al conductor neutro. Es decir, el neutro es un conductor conectado a tierra. Y en cualquier sistema, cuando se habla de voltajes, se trata del voltaje de un conductor con referencia al conductor neutro, el cual está conectado a tierra. Conectar el neutro a tierra garantiza que siempre tenga voltaje cero.

5. Tierra aislada

Tierra aislada

Al principio de los 70, grandes e importantes empresas en Estados Unidos experimentaban problemas de ruido eléctrico e interferencias de alta frecuencia. Esto afectaba los conductores metálicos que protegían los cables de señales. O a los que servían de conductores de tierra. Por ese motivo se inventó otro conductor de tierra. Un conductor separado, aislado del conducto. Diferente del conductor de seguridad. Un conductor con la exclusiva función de proporcionar una tierra aislada de ruido. Separada de la tierra contaminada o tierra "sucia" del edificio.

Los comités del Código la aceptaron y se le llamó tierra aislada. Se le hubiera podido llamar "tierra dedicada" u otro nombre más apropiado. Pero el término "aislada" ha permanecido en la industria. Lo cual ha causado innumerables problemas, confusión y caos en el sistema de tierra de sistema eléctrico de distribución.

Este sistema se sigue interpretando como una tierra separada de la tierra del edificio. En futuros artículos se tratará con profundidad este sistema.

Tierra de referencia de señal

Tierra de referencia de señal

Este es un sistema inventado por fabricantes de equipo electrónico. Su objeto es proporcionar una tierra sin contaminación, separada de la tierra del equipo. Pero si no están interconectadas, es una violación del NEC.

En este caso, para cumplir con el Código, el electrodo de tierra de señal debe interconectarse con el sistema de tierra del edificio. A esta tierra se le han designado gran cantidad de nombres: tierra de señal, tierra de ruido o tierra electrónica. Pero, aunque sean buenas las intenciones para proteger el equipo, su instalación puede producir una violación del Código.

Muy a menudo, cuando los equipos se encuentran ubicados a 30 metros o más del tablero principal, se conectan a la estructura metálica del edificio. Efectuar esta conexión no es una violación del Código. Pero puede existir una diferencia de potencial debido a la longitud misma del conductor de tierra.

Un cable AWG número 12 tiene aproximadamente 0.10 ohms de resistencia. Por lo tanto sólo se requiere 0.10 volt para generar 1 ampere. Cualquier intensidad de corriente en el conductor de tierra afecta los equipos electrónicos, ya que esta tierra es la referencia cero para el equipo electrónico digital.

5 sistemas de tierra normados por el NEC (+1 inventado por fabricantes)

Los primeros 5 sistemas mencionados anteriormente son normas del Código Eléctrico para la seguridad del personal y el equipo. El sexto trata sobre la integridad del sistema y la protección de los componentes de equipo. Si los 2 últimos sistemas se instalan correctamente, aseguran un buen funcionamiento y un largo ciclo de vida para los sistemas digitales.

En resumen, tenemos que los sistemas son:

1. Tierra física o sistema del electrodo de tierra. Éste cubre el sistema del electrodo de tierra y todas las conexiones hachas para realizar un sistema de puesta a tierra.
2. Tierra de protección contra rayos. Es un sistema separado que según el Código debe conectarse al sistema de tierra del edificio.
3. Tierra del equipo o tierra de seguridad. Está destinada a la protección del personal y el equipo contra fallas o cortos circuitos.
4. Conductor conectado a tierra (o conductor neutro, según la definición del Código Eléctrico). Este sistema tienen la función de transportar la corriente de retorno del conductor de fase para un sistema monofásico y el retorno de las corrientes de fase que no se cancelaron, para un sistema trifásico.
5. Tierra aislada. Este sistema ofrece una tierra libre de ruido eléctrico para equipos electrónicos sensibles y se usa especialmente en salas de computadoras. También se conoce como tierra dedicada, aunque este término ha causado una gran confusión.
6. Tierra de referencia de señal. Es el sistema de referencia cero para todos los equipos de señal digital.

¿Te han quedado un poco más claros estos 5 sistemas de tierra normados por el NEC (+1 inventado por fabricantes)? Escribe tus comentarios.

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5 razones para aterrizar las cubiertas de metal

 

5 razones para aterrizar las cubiertas de metal de los equipos

Existen 5 razones para aterrizar las cubiertas de metal de los equipos. Son las mismas razones para aterrizar las cubiertas de metal de algunos cables eléctricos:

1. Limitar el voltaje debido a los rayos (descargas atmosféricas).
2. Restringir el efecto de picos repentinos de voltaje (sobrevoltajes transitorios)
3. Limitar el efecto debido a contactos accidentales con líneas de alto voltaje.
4. Estabilizar el voltaje durante la operación normal de los equipos.
5. Facilitar la operación de los interruptores de circuito.

De estas 5 razones para aterrizar las cubiertas de metal de los equipos, las primeras dos se encuentran en la sección 250-2(b) del NEC (Código Eléctrico Nacional de los Estados Unidos). Una vez más, su preocupación es limitar el voltaje y la corriente.

La tercera razón (aunque no se especifica en las notas del Código), es drenar a tierra corrientes de fuga o corrientes de descargas electrostáticas.

¿Cómo ayuda el aterrizaje a drenar las corrientes electrostáticas y de fuga?

Por ejemplo, algunos cables se fabrican con blindaje. Es decir, con un recubrimiento de malla o tubo metálico entre las capas de plástico aislante. Este blindaje se utiliza para atenuar la propagación de los campos electromagnéticos. Por eso conviene conectar este blindaje a tierra. Eso ayuda a drenar las cargas electrostáticas. Y evita que acumule en la superficie del blindaje.

Ver también: 3 razones para aterrizar los sistemas de alimentación y circuitos

Pero también existen los aparatos que producen "ruido eléctrico". Es decir, señales de interferencia eléctrica no deseada. Estas señales se añaden a la señal principal (también denominada “señal útil”). El ruido eléctrico puede alterar a la señal útil, produciendo efectos que pueden ser más o menos perjudiciales. Y aun los mismos equipos electrónicos pueden provocar daños, problemas y errores de datos, en el equipo electrónico avanzado. Es importante drenar inmediatamente a tierra estas corrientes estáticas y de fuga. Esto para asegurar la operación óptima del equipo electrónico.

¿Cómo facilita el aterrizaje la operación de los interruptores de circuito?

Las notas del Código enfatizan la importancia de la unión entre la tierra del equipo (o "tierra de seguridad") y el conductor conectado a tierra (conductor "neutro"). Esta unión se efectúa sólo en el tablero principal de distribución. Puede realizarse en el puente principal de unión. Éste se ubica en el equipo de servicio. Es el eslabón clave para que se complete la trayectoria de la corriente de falla. Y así, se activen los dispositivos de protección (fusibles o interruptores termomagnéticos).

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3 Razones para aterrizar los sistemas de alimentación y circuitos

Existen 3 Razones para aterrizar los sistemas de alimentación y circuitos eléctricos. La primera nota de la sección 250-2(a) del NEC describe las razones por las que los sistemas de alimentación se deben poner a tierra. La responsabilidad del electrodo de tierra es brindar protección contra:

• Descargas atmosféricas (rayos).
• Sobrevoltajes transitorios (picos de voltaje repentinos).
• Contacto accidental con líneas de mayor voltaje.
• Y estabilizar el voltaje a tierra durante la operación normal de los equipos.

El conductor neutro designado por el Código como el "conductor conectado a tierra" de un sistema aterrizado, establece una trayectoria de baja resistencia para las corriente de falla. Así, permite el funcionamiento del interruptor automático principal o de los interruptores del centro de carga, para cancelar la falla.

3 Razones para aterrizar los sistemas de alimentación y circuitos

Las razones por las cuales sistemas y circuitos se ponen a tierra se pueden sintetizar en 3. De acuerdo con la sección 90-1, "Propósito del Código":

• Protección de los equipos.
• Seguridad de las personas.
• Protección de la instalación.

Ver también: ¿Por qué existe gran confusión sobre conexión a tierra?

Protección de los equipos

Es un malentendido pensar que la puesta a tierra sólo tiene el propósito de mantener todos los equipos y cubiertas metálicas a un plano equipotencial para proteger al personal de un choque eléctrico. No sólo la planificación es importante para el buen funcionamiento de los interruptores automáticos de seguridad que operen de forma inmediata. También mantiene la electricidad tan limpia y libre de ruidos eléctricos como sea posible.

Todo, desde cafeteras y microondas hasta luces fluorescentes y microcontroladores, se pueden convertir en una fuente de interferencia. Y degradar en mayor o menor medida la calidad de los datos.

Por otro lado, las descargas de electricidad estática pueden causar daños graves en los componentes electrónicos.

Seguridad de las personas

Es importante destacar que el Código enfatiza la seguridad del personal. Por ejemplo, en casos en que no existe una tierra efectiva, especialmente en los tomacorrientes antiguos, sin terminal de tierra, o en locales donde puede existir el peligro de una descarga eléctrica, como en los baños o estacionamientos. En estos casos Código exige la utilización de un interruptor de circuito de falla de tierra (GFCI). Mediante éste, una falla se puede limitar a 6 milisegundos. Y tan pronto como la falla se resuelve, el peligro deja de existir.

Protección de la instalación

La falla durará el tiempo que tarden los interruptores termomagnéticos o automáticos y los fusibles en activarse. Por esto es importante calibrar los conductores de tierra y el conductor neutro. El conductor de tierra de seguridad con su baja impedancia y los interruptores automáticos de circuito protegen a las personas y equipos. Pero solamente limitan la duración de la sobrecorriente. Estos dispositivos, los cuales abren el circuito y aíslan la falla de la red de suministro. Pero en muchos casos no eliminan el daño causado. Una falla puede provocar un incendio y aun cuando se elimine la falla, el fuego puede continuar. Sin embargo, cuando los interruptores termomagnéticos se activan, impiden la circulación de más electrones libres que agravarían el daño.

¿Qué opinas de las 3 razones para aterrizar los sistemas de alimentación y circuitos?

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3 preguntas para saber qué tan insegura es tu instalación eléctrica

De acuerdo con estudios realizados por la Cámara Nacional de Manufacturas Eléctricas (CANAME), el 11.5% de los incendios que se presentan en zonas urbanas son originados por accidentes eléctricos. Sobraría mencionar las consecuencias que este tipo de incidentes puede ocasionar sobre nuestros bienes, nuestro patrimonio o nuestra seguridad.

1. ¿Cómo saber si mi instalación eléctrica cuenta con lo necesario?
   
   Para responder este cuestionamiento necesitamos entender primero el riesgo eléctrico que podemos tener en el hogar. La evolución de los equipos electrónicos que conectamos a nuestras instalaciones eléctricas residenciales ha avanzado drásticamente en los últimos 20 años, no sólo porque hoy en día la cantidad de estos equipos ha aumentado considerablemente sino porque la tecnología de estos aparatos es cada vez más compleja.
   
   Dicha evolución requiere que la instalación eléctrica de los hogares esté igual de evolucionada para suministrar energía de forma segura a todos estos aparatos. Si damos una mirada al pasado veremos que las casas de los años 50 sólo incluían un par de tomas de energía eléctrica porque los equipos que se conectaban eran limitados, usando contactos de 2 polos, además de que no incluían un conductor de puesta a tierra. Recordemos que el conductor de puesta a tierra es parte del sistema de seguridad que puede impedir que tú o tu familia sufran una descarga al entrar en contacto con los dispositivos conectados a la instalación eléctrica. Este riesgo es más común de lo que crees ya que sucede por un aumento de corriente inesperado, con el que se produce por un rayo.
   
   Y todo lo anterior se traduce en una serie de riesgos a los que estamos expuestos todos los días, ya sea por malos hábitos, como el hablar por teléfono mientras nuestro celular está cargando. Y claro, quién no lo ha hecho, nos quedamos con poca pila y necesitamos contactar a alguien así que pasamos por alto el riesgo de electrocución que esto implica por un uso inapropiado de este equipo y también por la falta de protección que un conductor a tierra pudiera proporcionarnos.
   
   
2. ¿Soy susceptible a recibir una descarga eléctrica?
   
   Hablando del uso adecuado de la tecnología, cabe decir que la necesidad de "facilitar" nuestra rutina nos orilla cada día a echar mano de cualquier dispositivo disponible, como los equipos electrodomésticos, por ejemplo, para realizar las actividades propias de la casa en el menor tiempo posible. La lavadora, la licuadora, la secadora, el horno de microondas, son algunos ejemplos; sin embargo, ¿te has puesto a pensar si estás siguiendo las medidas de seguridad adecuadas para usarlos?
   
   Lo anterior podría sonar un poco obvio, sin embargo, la mayoría de estos aparatos se usan en zonas húmedas o susceptibles a humedad. Cuando una persona usa su lavadora inevitablemente tendrá que mojarse las manos o accidentalmente mojarse la ropa. Esta humedad provoca que el cuerpo sea más susceptible a recibir una descarga eléctrica. Debido a esto, la Norma de instalaciones eléctricas (NOM-001-SEDE-2012) estableció como obligatorio que todos los contactos ubicados en zonas húmedas como cocinas, baños, garajes, etc., deben estar protegidos por un interruptor de falla a tierra (GFCI). Esta protección se puede hacer directamente en el contacto o en el centro de carga de cada hogar.
   
   
   
   
   
   
3. ¿Cómo garantizar mi seguridad y la de mi familia?
   
   Ahora que entiendes los riesgos eléctricos a los que tu hogar y los tuyos pueden estar sujetos podrás comprender que actualizar tu instalación eléctrica o tenerla en óptimas condiciones es indispensable y más que un lujo es una necesidad.
   
   Toma unos minutos y evalúa el estado de tu instalación eléctrica o contacta a un electricista bien capacitado. Es muy importante que actualices tu instalación con las protecciones necesarias de acuerdo a los requerimientos actuales de tus equipos. Lo más importante es que puedas garantizar que tu hogar es seguro para tu familia.

16 consejos para la instalación y prueba de un contacto dúplex GFCI

De acuerdo al artículo 210-8 de la NOM-001-SEDE-2012, en las instalaciones eléctricas residenciales, los lugares como áreas de lavado, cocinas y similares deben estar provistas por dispositivos con protección de falla a tierra.

Una de las opciones para proveer esta protección es la instalación de un contacto con protección GFCI integrada.

Ver también: 11 pasos para instalar un contacto GFCI que proteja múltiples salidas eléctricas

A continuación, te presentamos 16 tips para instalar y probar un contacto GFCI (Ground Fault Circuit Interrupter, interruptor de circuito por falla a tierra) de forma adecuada.

1. Desde el tablero de distribución, identifica el interruptor termomagnético que corresponde al contacto y colócalo en posición de apagado (OFF).
2. En la salida, retira el contacto que vas a sustituir por el GFCI.
3. Aísla los conductores con tapones roscados.
4. Energiza el circuito colocando el interruptor termomagnético en posición ON.
5. De los conductores identifica cual corresponde a la fase o circuito. Si es necesario, coloca cinta de aislar para diferenciarlo del conductor neutro.
6. Desenergiza nuevamente el circuito y coloca un aviso en el tablero que indique de forma muy clara que no debe energizarse. De ser posible bloquea el termomagnético para que el trabajo de sustitución lo realices lo más seguro posible.
7. En el dispositivo identifica las terminales de conexión correspondientes a la línea. Muchos fabricantes colocan una etiqueta de color amarillo cubriendo los tornillos destinados para la conexión de otros contactos que pudieran protegerse por este mismo dispositivo.
8. Del contacto GFCI verifica la marca de la longitud de desforre de conductor; está por lo general en la parte posterior con la indicación en mm, cm o pulgadas.
   
9. Dependiendo del fabricante, puede ser que el dispositivo tenga terminales de tornillo que aprietan unas placas de cobre que presionan el conductor; para esto, introduce hasta el fondo la terminal sin forro y aprieta el tornillo hasta que mantenga la conexión firmemente.
10. En caso de que el conductor deba instalarse alrededor del tornillo, desforra aproximadamente 1.9 cm y colócalo en el sentido de giro cubriendo 2/3 del tornillo, para que al apretarlo mantenga el contacto eléctrico y complete el giro.
    
11. Fija el GFCI en la caja y coloca la tapa.
12. Energiza el circuito. Si el indicador LED se encuentra apagado, presiona el botón marcado como RESET para energizarlo.
13. Conecta una lámpara en uno de los contactos con el interruptor en posición de encendido. Si el GFCI se encuentra energizado la lámpara encenderá.
14. Presiona el botón TEST; la lámpara debe apagarse al instante.
15. Presiona el botón RESET y la lámpara encenderá nuevamente.
16. Desconecta la lámpara, con esto concluye la prueba del dispositivo.

La prueba del GFCI debe realizarse de forma mensual para asegurar que el dispositivo opera correctamente. Asegúrate que el usuario conozca la importancia de llevarla a cabo.

Fuga de energía eléctrica

Este problema se presenta en casi todos los sistemas eléctricos, comerciales, industriales y en las instalaciones eléctricas residenciales. Sus efectos pueden ser fatales no sólo para la instalación sino para la vida de los usuarios.
El fenómeno eléctrico conocido como fuga de energía eléctrica es más común de lo que puedes pensar. Muchos hogares tienen este problema en sus instalaciones eléctricas y no lo saben; puede ser la causa de elevados costos de consumo eléctrico, sobre todo cuando la mayor parte de día los usuarios no se encuentran en casa.

Una fuga de energía eléctrica ocurre cuando la electricidad sale de la ruta norma de conducción hacia otro elemento del sistema eléctrico debido, en ocasiones, al daño que sufren los aislamientos durante la instalación o bien a la reducción de la separación entre una parte conductora y otra energizada. Por ejemplo, cuando un conductor con su forro aislante dañado hace contacto con una caja metálica, esto además de ocasionar una degradación mayor en el aislamiento, también contribuye al consumo de energía que se desperdicia en calentamiento e incrementa el pago en el recibo de energía eléctrica.
El artículo 210-8 de la NOM-001-SEDE-2O12 índica que las instalaciones eléctricas deben protegerse contra corrientes de falla a tierra, la cual puede ser un tipo de fuga de energía eléctrica.

Una de las fallas más temidas es el cortocircuito; cuando éste ocurre, los interruptores automáticos -si los hubiera- se activarían al incrementar de manera súbita la temperatura en el circuito, abriendo el circuito rápidamente para cortar el suministro de energía. Pero existe otra falla, conocida como "arco eléctrico", que en su origen, comportamiento y efecto, es muy similar a la fuga de energía eléctrica: cuando ocurre un arco eléctrico, desde el cable de fase se genera una derivación de corriente hacia otro elemento, que puede no llegar a tener las características de un contacto pleno que termine en un cortocircuito, es decir, es probable que los interruptores automáticos convencionales no detecten la falla y la fuga de energía esté generándose por años hasta que ocasione un desperfecto o, peor aún, un accidente.

Aunque existen interruptores automáticos diseñados específicamente para proteger sobre todo a la integridad del usuario, muchas veces no son conocidas por ellos mismos y es donde el electricista preparado entra para asesorar a su cliente y mencionarle la importancia de hacer una inspección cada determinado tiempo.

Este fenómeno puede identificarse mediante pruebas que seguramente ya conoces, como por ejemplo desconectar todas las cargas de sistema eléctrico y verificar en el medidor que no presente lecturas de consumo; lo anterior con los antiguos medidores de disco, actualmente los medidores digitales no presentan en la pantalla mediciones continuas por lo que hacer la prueba mencionada anteriormente no tendrá mucho éxito.

Para realizar esta prueba con medidores digitales, lo más conveniente es utilizar un multímetro de gancho, este te dará una medición confiable y será posible determinar si existe un consumo anormal en el sistema eléctrico para posteriormente iniciar la revisión de los circuitos individuales hasta identificar la ubicación de la falla.

Una recomendación que no se debe dejar pasar es que si la medición de corriente de fuga es pequeña, por ejemplo, del orden de los mili amperes, no se debe subestimar, ya que es suficiente para ocasionar un consumo de energía pequeño pero constante, o en el peor de los casos una electrocución y la muerte.

Dado lo anterior es sumamente importante que conozcas todas las opciones que existen en el mercado, incluso debes saber que existen dispositivos para instalación en panel y tipo contacto que protegen al usuario de fugas de corriente y adicionalmente ofrecen la protección por falla de arco que puedes instalar con pocas modificaciones al sistema eléctrico.

Se puede decir que la falla de arco es uno de los fenómenos más comunes en las viviendas  y las personas viven con ello en lugares como cocinas y cuartos de lavado. Recordemos que la electricidad combinada con agua es sumamente peligrosa. Aunque estos lugares son los más comunes, no son los únicos ya que en casas de dimensiones mayores es posible encontrar desde piscinas en el exterior o interior, chapoteaderos, jacuzzis o áreas destinadas para albercas inflables que además quedan expuestas a niños.

Ver también: 5 síntomas de fallas eléctricas en el hogar

En áreas donde existen albercas se deben acondicionar e instalar dispositivos adecuados, por ejemplo, para albercas permanentes los circuitos derivados para motores asociados se deben instalar en tubo conduit metálico pesado, tubo conduit metálico semipesado, tubo conduit rígido de PVC, tubo conduit reforzado de resina termofija, cable del tipo MC apropiado para el lugar, o tubería conduit de polietileno de alta densidad con resistencia a rayos UV soportada y fijada de tal forma que no permita desplazamientos en ninguna dirección. El circuito de alimentación del motor debe complementarse con un conductor de cobre de puesta a tierra de equipos, que de acuerdo al artículo 680-7(b) de la NOM-001-SEDE-2012 no debe ser menor a 3.31 mm2 o calibre 12 AWG.

Lo   anterior   para   reducir  el riesgo de contacto y evitar una fuga de energía eléctrica que pueda resultar en la electrocución de los usuarios. No está por demás recalcar que las salidas que alimentan motores de bombas para albercas conectadas a un circuito derivado de una fase, de 120 a 240 volts, de 15 ó 20 amperes, se deberán proveer con interruptores de circuito contra fallas a tierra (GFCI) tipo contacto o directamente conectado, para protección de las personas.

Las corrientes de fuga se generan en los lugares menos pensados, desde las cajas de salida para contactos, el centro de carga, las salidas para alumbrado hasta los dispositivos tales como interruptores, contactos e incluso dentro de las canalizaciones. Por ello es recomendable utilizar canalizaciones que por principio de cuentas no dañen los forros de los conductores en la instalación así como cajas de salida para contactos y de alumbrado de materiales aislantes.

Por otro lado, para evitar posibles corrientes de fuga en el interior de unidades de vivienda, sobretodo que puedan derivarse a tierra a través de un usuario, se deben respetar los métodos de cableado reconocidos en el capítulo 3 de la NOM-001-SEDE-2012 y que el conductor de puesta a tierra de equipos sea desnudo cuando va tendido en un ensamble de cables, pero debe estar encerrado dentro del recubrimiento externo del ensamble de cables. Es importante ser muy cuidadoso al cablear la instalación eléctrica, ya que -como se mencionó anteriormente- existe el riesgo de dañar los forros de los conductores y en el mejor de los casos solamente generar consumos adicionales.

3 dispositivos de protección que deben existir en toda instalación eléctrica residencial

En 1880, mientras el movimiento de Artes y Oficios (Arts & Crafts) comenzaba a tomar forma, William Morris hizo la que se convertiría en su más icónica declaración: “No tengas nada en tu casa que no creas útil o hermoso.” Durante los siguientes 40 años, ese movimiento intentó recobrar la idea de hacer y diseñar las cosas por uno mismo, en un mundo que estaba presenciando un cambio hacia la producción en masa. La historia juzga la efectividad de esa idea, pero su sensibilidad no se perdió, incluso tratándose de las instalaciones eléctricas residenciales.
Si esto te parece un tanto confuso, no te preocupes. El punto es que los fabricantes de material eléctrico deben lograr que los equipos sean útiles y atractivos para el usuario. Por ejemplo, los equipos de protección eléctrica como el centro de carga que forma parte integral del hogar. Lo anterior es lo primero en lo que se fija el usuario. Ahora, podemos fácilmente decidir si un equipo luce atractivo, pero ¿cómo podemos saber si un equipo es realmente útil?

Ver también: ¿Para qué sirve un Centro de Carga en las instalaciones eléctricas residenciales?

1. Cuando diseñamos una instalación eléctrica residencial, consideramos la protección termomagnética como el elemento más importante en un centro de carga. Sin embargo, en la actualidad debemos tomar en cuenta que en el uso de la energía eléctrica intervienen seres humanos y equipos tecnológicamente avanzados a quienes debemos proteger de fenómenos más complejos que un corto circuito, como por ejemplo una electrocución, ahí viene la verdadera funcionalidad de un equipo.





Interruptores termomagnéticos de 1 y 2 polos



2. Es por lo anterior que varios fabricantes han desarrollado interruptores termomagnéticos con protección de falla a tierra (GFCI por sus siglas en inglés). Estos se instalan en el centro de carga brindando el beneficio de proteger todo el circuito eléctrico tanto de cortos circuitos como de sobrecorrientes y electrocuciones.





Interruptores termomagnéticos con protección de falla a tierra



3. Además de la protección de la instalación y de las personas, también debemos pensar en la protección de los equipos. Al dia de hoy, más del 50% de la población mexicana utiliza internet y de ellos el 74% tiene al menos un medio de conexión a la red. Estos medios pueden ir desde una computadora de escritorio hasta un smartphone. Sabemos entonces que el número de equipos o aparatos electrónicos ha aumentado en forma exponencial por lo cual la pregunta obligada es, ¿cuántos de estos usuarios son tus clientes? Si tu respuesta es la gran mayoría, te tengo buenas noticias pues existen los supresores de picos de voltaje para instalar en el centro de carga. ¿Pero eso qué significa? significa seguridad. Dicho módulo protegerá los equipos electrónicos de tus clientes y te dará un valor agregado, valor que recomendará tu trabajo.

Supresor de picos de voltaje

Toda instalación eléctrica residencial debe contar con estos tres tipos de dispositivos de protección para garantizar la seguridad total tanto para la instalación, como para las personas y sus bienes materiales.