TIPOS DE FALLAS EN SISTEMAS ELÉCTRICOS

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1 TIPOS DE FALLAS EN SISTEMAS ELÉCTRICOS Tipos de fallas El término falla se utiliza mucho en combinación con la conexión a tierra. La conexión a tierra no previene una falla, pero una adecuada conexión a tierra puede limitar el tiempo de existencia de una falla, y por lo tanto limitar el tiempo de existencia de riesgos. Las fallas pueden tener diferentes puntos de ocurrencia, por ejemplo una falla puede ocurrir en el lado de la línea de alimentación o después de los dispositivos de protección contra sobrecorriente. La clasificación general de fallas más conocida está formada por las fallas monofásicas y las fallas trifásicas. Sin embargo, para efectos de conexión a tierra existen esencialmente dos tipos: a) Falla de fase a fase b) Falla de fase a tierra La falla de fase a fase puede provocarse por una conexión entre dos fases distintas de un sistema. Este tipo de falla es la más severa ya que ocasiona un flujo de corriente mayor al provocado por la falla de fase a tierra (ver figura 2). La falla de fase a tierra (figura 1) ocurre cuando una fase se conecta a tierra. Puede ser cualquier conexión accidental de un conductor de fase y cualquier superficie aterrizada, tal como una cubierta metálica aterrizada. Una falla a tierra ocasionará un flujo de corriente del orden del 75 % de la corriente de falla de fase a fase. Cuando se produce una falla a tierra, el conductor de puesta a tierra del equipo tiene una función muy importante, proporciona una trayectoria de baja impedancia para que la corriente de falla ocasione la operación de los dispositivos de protección, limitando con esto el tiempo de permanencia de la falla. Figura 1 Falla a tierra en sistemas aterrizados Dr. Arturo Galván Diego. 1

2 Figura 2. Falla a tierra en sistemas no aterrizados (Configuración delta-delta) Figura 3. Falla a tierra en sistemas no aterrizados (Configuración delta-estrella) Dr. Arturo Galván Diego. 2

3 Cuando se realizan estudios para la aplicación de los dispositivos de sobrecorriente, se hace énfasis en la corriente máxima que podría fluir como resultado de una falla. Esto se realiza asumiendo que la falla es una falla franca, es decir, una falla en la que no interviene una resistencia, o una resistencia de valor mínimo. Un sistema que experimente tal falla de línea a línea (y también una falla de línea a tierra cuando el sistema está sólidamente aterrizado) estará protegido por los dispositivos de sobrecorriente debido a la magnitud de la corriente que fluirá bajo esas condiciones. Las fallas francas, sin embargo, son completamente teóricas. Es más probable que una falla tenga una impedancia que reduzca la cantidad de corriente de falla, o que la falla sea una falla por arqueo o falla intermitente, debido al deterioro del aislamiento de un conductor, del devanado de un motor, o de una terminal a una superficie aterrizada. Al respecto, el esquema de conexión a tierra de los sistemas eléctricos puede tener un efecto en la magnitud de los voltajes de línea a tierra, los cuales deben permanecer constantes bajo condiciones transitorias y de estado estable. Los sistemas eléctricos que permiten sobrevoltajes severos pueden ocasionar una reducción en la vida útil del aislamiento, la cual a su vez puede provocar fallas frecuentes. En las máquinas eléctricas rotatorias, donde el espacio de aislamiento es limitado, este conflicto entre la elevación de voltaje y la vida útil se agudiza. Hay opiniones divididas en cuanto a la seriedad del problema de sobrevoltajes en sistemas no aterrizados (de 600 V o menores), y al efecto que éstos tienen en la continuidad del servicio eléctrico. Algunos piensan que utilizando sistemas aterrizados, la continuidad del servicio se mejora y las fallas de aislamiento se reducen. Otros piensan que, bajo condiciones normales de operación, el sistema no aterrizado ofrece un mejor grado de continuidad del servicio que no se ve disminuido por ninguna posibilidad seria de sobrevoltajes transitorios peligrosos. Para dar un panorama de las ventajas y desventajas que presentan tanto los sistemas aterrizados como los no aterrizados, es necesario realizar un análisis de tales sistemas en cuanto a la confiabilidad que ofrecen al sistema eléctrico. Sistemas aterrizados Además de proporcionar un control de sobrevoltajes en un sistema eléctrico, la conexión intencional del neutro a tierra hace posible la protección rápida y sensible de las fallas, basada en la detección del flujo de corriente a tierra. Los sistemas aterrizados están dispuestos, en la mayoría de los casos, de tal manera que los dispositivos de protección de los circuitos actúen poniendo fuera de operación el circuito que contiene la falla. Cualquier contacto de fase a tierra en los sistemas aterrizados, ocasiona una desconexión inmediata del circuito bajo falla y de sus cargas. No obstante la desconexión del equipo debido a una falla, la experiencia indica que se obtiene una mejor continuidad en el servicio con los sistemas aterrizados, que con los sistemas no aterrizados. Dr. Arturo Galván Diego. 3

4 Generalmente, es preferible operar sistemas eléctricos industriales de baja tensión trifásicos a cuatro hilos; de esta manera se puede utilizar un sistema de 208Y/120 V para motores trifásicos y alumbrado monofásico. Por otra parte, un sistema de 480Y/277 V a cuatro hilos se puede utilizar para motores de 480 V y para alumbrado fluorescente a 277 V. La experiencia de los operadores que han utilizado ambos sistemas, aterrizados y no aterrizados, indica que el índice de fallas es substancialmente menor en los sistemas aterrizados. Esto proviene del hecho de que los sobrevoltajes transitorios son reducidos en gran proporción en los sistemas aterrizados en el neutro. Debido a que la conexión a tierra reduce estos sobrevoltajes, la vida del aislamiento eléctrico se incrementa y por lo tanto se minimizan las interrupciones del suministro. Sistemas no aterrizados Los sistemas no aterrizados, en realidad, estan aterrizados a través de una elevada reactancia capacitiva como resultado de la capacitancia de acoplamiento a tierra de cada conductor energizado (como se observa en la figura 4). La ventaja de operación atribuida a los sistemas no aterrizados reside en que una falla monofásica, si es permanente, no ocasionará una salida automática del circuito. Esto produce la conducción a tierra de una pequeña corriente, la cual ocasiona diferencias de potencial en otros aparatos o equipos. Debido a la capacitancia de acoplamiento a tierra, el sistema no aterrizado esta sujeto a sobrevoltajes peligrosos (cinco veces lo normal o más) resultado de la operación normal de los interruptores de un circuito que contenga una falla a tierra, a contactos intermitentes a tierra, o una reactancia inductiva elevada conectada de una línea a tierra. La experiencia ha demostrado que se pueden producir sobrevoltajes debido a la ocurrencia repetida de arcos durante la interrupción de una falla de línea a tierra, particularmente en sistemas de baja tensión. Dr. Arturo Galván Diego. 4

5 Figura 4 Capacitancia distribuida en un sistema eléctrico Mientras ninguna perturbación ocurra en el sistema, los potenciales de línea a tierra (aún en un sistema no aterrizado) permanecen estables en alrededor del 58 % del valor de voltaje de línea a línea. Durante la ocurrencia de una falla a tierra de un conductor, los otros dos conductores de fase a través de todo el sistema metálico, están sujetos a 73 % de sobrevoltaje. Por lo tanto, es extremadamente importante localizar el circuito que contiene la falla y repararlo o desactivarlo antes de que la elevación de tensión produzca daños en otras máquinas o en otros circuitos. Las figuras 5 y 6 ilustran las situaciones de la elevación de tensión en un sistema. Generalmente el aislamiento entre cada línea y tierra es adecuado para soportar el voltaje de línea a línea. Sin embargo, si este voltaje se aplica por periodos largos, puede producirse una falla en el aislamiento el cual puede de hecho ya haberse deteriorado por el tiempo o por condiciones severas de servicio. Dr. Arturo Galván Diego. 5

6 Figura 5. Relaciones de voltaje para diferentes condiciones en un sistema en delta En un sistema con neutro no aterrizado, puede ocurrir una segunda falla sobre otra fase antes de que una primera falla existente sea liberada (Ver figura 7). La segunda falla puede estar en el mismo circuito de la primera falla o en otro, de cualquier forma, la falla resultante de línea a línea (a través de la conexión común a tierra) deberá activar los dispositivos relevadores o interruptores de uno o ambos circuitos. De otra forma, una sencilla falla a tierra de relativa poca importancia puede finalmente ocasionar un daño considerable debido a la corriente de falla de línea a línea relativamente alta y la interrupción de uno o ambos circuitos. La experiencia en la operación de los sistemas eléctricos indica que en sistemas de distribución industriales de propósito general, los incidentes de sobrevoltajes asociados con la operación sin aterrizamiento, reducen la vida útil del aislamiento de tal manera que las fallas de máquinas y circuitos eléctricos ocurren más frecuentemente de lo que lo hacen en sistemas aterrizados. La ventaja de un sistema no aterrizado, que consiste en no interrumpir la carga cuando ocurra una falla a tierra, puede convertirse en desventaja ya que el ignorar una falla a tierra y dejarla permanecer en el sistema, puede provocar una segunda falla ocasionando a su vez una interrupción de energía. Dr. Arturo Galván Diego. 6

7 Un sistema adecuado de detección, en conjunto con un programa organizado para eliminar fallas a tierra, se considera esencial para la operación de sistemas no aterrizados. Estas observaciones están limitadas a sistemas de corriente alterna. La operación de sistemas de corriente directa no esta sujeta a muchos riesgos de sobrevoltajes como los sistemas de corriente alterna. Figura 6. Relación de voltajes en un sistema en estrella bajo una condición de falla a tierra Figura 7. Efecto de los voltajes en un sistema no aterrizado bajo una condición de falla a tierra Protección de falla a tierra para equipo (GFP) La mayoría de los sistemas eléctricos aterrizados contienen sistemas meticulosamente diseñados de protección convencional contra sobrecorriente, pero están completamente desprotegidos contra el tipo de falla más común las fallas a Dr. Arturo Galván Diego. 7

8 tierra de baja corriente (de una fase a una envolvente metálica). Los fusibles y/o interruptores termomagnéticos se pueden seleccionar de acuerdo a las capacidades interruptivas requeridas por las corrientes de corto circuito, y los factores como el retardo de tiempo y el límite de corriente pueden adaptarse a las necesidades del sistema en particular. Sin embargo, éstos esfuerzos están encaminados a proteger los costosos sistemas eléctricos (y los valiosos procesos industriales u operaciones comerciales) contra el tipo de falla eléctrica que casi nunca sucede la falla o corto circuito trifásico entre las terminales de un dispositivo de protección. Al mismo tiempo, y a pesar de las extremas provisiones contra sobrecorrientes, los sistemas aterrizados están totalmente desprotegidos contra los efectos destructivos de las fallas de fase a tierra tan comunes. A pesar del incremento en la aplicación de los dispositivos de protección, el problema de las fallas a tierra continúa y se incrementa junto con la expansión del sistema eléctrico. Desde el punto de vista de la seguridad, los diseños de ingeniería deben incluir la protección contra tales fallas. Los dispositivos de protección contra sobrecorriente normalmente están limitados en su efectividad debido a que: 1) Estos deben tener un tiempo de retardo y un ajuste mayor al de plena carga que permita las corrientes normales de fuga 2) Son incapaces de distinguir entre las corrientes normales y las corrientes de falla de baja magnitud las cuales pueden ser menores que las corrientes a plena carga Las corrientes de baja magnitud se deben al contacto incidental e intermitente de alguna fase con algún objeto puesto a tierra. De aquí que se hagan necesarios otros medios de protección: un dispositivo de protección que responda a las corrientes de falla a tierra y que se acople a un dispositivo automático de interrupción para abrir las tres fases cuando exista una falla de línea a tierra en el circuito. Tal medio de protección se denomina Protección de Falla a Tierra o Ground Fault Protection - GFP Los sistemas de protección a tierra consisten de tres componentes principales: un sensor o transformador de corriente, un relevador de falla a tierra y un dispositivo de disparo que es activado por el relevador. Sensor El sensor se puede describir de varias maneras, transformador de corriente tipo dona (TC), sensor tipo ventana, o monitor de corriente. En un sistema de protección a tierra, el dispositivo sensor es un transformador de corriente que encierra: todos los conductores incluyendo el neutro (si está disponible), figura 8-A la conexión de retorno por tierra que conecta al neutro del sistema con tierra, figura 8-B cada uno de los conductores por separado (incluyendo el neutro), figura 8-C Dr. Arturo Galván Diego. 8

9 Relevador El relevador de falla a tierra detecta la salida del transformador que se utiliza como sensor cuando ocurre una falla a tierra, y ya sea instantáneamente o después de un cierto retardo, cierra un circuito que a su vez abre el interruptor del circuito. Operación del sistema Figura 8. Esquemas de protección contra falla a tierra Existen tres esquemas de detección de falla a tierra: a) Detección de secuencia cero Encierra todos los conductores, los de fase y el neutro, y mide la corriente total de salida b) Detección de corriente de retorno por tierra Encierra sólo la conexión del neutro a tierra, y mide el flujo de la corriente de falla a tierra que regresa a la fuente de alimentación c) Detección residual Cada conductor individual tiene su propio TC y se inserta un relevador de falla a tierra en la conexión común de éstos Dr. Arturo Galván Diego. 9

10 La operación de varios tipos de sensores (transformadores) y relevadores de falla a tierra algunas veces indica cual es el más apropiado para proteger un sistema de distribución. La figura 8 muestra los esquemas de detección. Dr. Arturo Galván Diego. 10

11 TIPOS DE SISTEMAS DE CONEXIÓN A TIERRA Existen dos tipos de conexión a tierra: 1) Conexión a tierra del sistema eléctrico y 2) Conexión a tierra para equipo El primero tiene la función de mantener los voltajes del sistema dentro de valores fijos con respecto a tierra, generalmente a través de la conexión de uno de los conductores del sistema a tierra (comúnmente el neutro); y el segundo tiene la función de referir a tierra todos los elementos metálicos no energizados de los equipos eléctricos, con el objeto de asegurar que estén a un mismo potencial, especialmente si éstos se encuentran dentro de una misma área. Conexión a tierra del sistema eléctrico La conexión a tierra del sistema, o la conexión intencional de una fase o un conductor neutro, tiene el propósito de controlar el voltaje a tierra dentro de límites predecibles. El control del voltaje a tierra limita el efecto del voltaje en el aislamiento de los conductores de tal forma que el desempeño de los aisladores se puede predecir más fácilmente. El control del voltaje también permite la reducción de los riesgos de electrocución hacia las personas que puedan entrar en contacto con conductores vivos. Por otro lado, la conexión a tierra también facilita un flujo de corriente que permite la detección de una conexión no deseada entre los conductores del sistema y tierra y el cual puede provocar la operación de dispositivos automáticos que remuevan la fuente de voltaje de los conductores con tales conexiones indeseables a tierra. En resumen, los objetivos por los cuales los sistemas deben conectarse a tierra según el NEC (Sección a), son los siguientes: 1. Limitar las sobretensiones, que pueden ser provocadas por: a) Descargas atmosféricas b) Fenómenos transitorios c) Contactos accidentales con líneas de mayor tensión 2. Estabilizar la tensión a tierra en condiciones normales de operación 3. Facilitar la acción de los dispositivos de sobrecorriente en caso de fallas a tierra En forma práctica, la conexión a tierra de los sistemas de distribución de energía eléctrica tiene que ver con la naturaleza y localización de una conexión eléctrica Dr. Arturo Galván Diego. 11

12 intencional entre los conductores del sistema eléctrico y tierra (física). Los esquemas comunes de conexión a tierra que se encuentran en los sistemas de distribución son: (1) No aterrizado (2) Aterrizado a través de resistencia (3) Aterrizado a través de reactancia (4) Sólidamente aterrizado El Código Nacional Eléctrico (Sección ) establece los criterios para la conexión a tierra de los circuitos y sistemas eléctricos de corriente alterna que deben ser sólidamente aterrizados, para lo cual hace una clasificación de los mismos en 4 grupos: 1. Sistemas que funcionan con menos de 50 V 2. Sistemas que funcionan entre 50 y 1000 V 3. Sistemas que funcionan desde 1000 V y mayores 4. Sistemas derivados en forma separada Sistemas que funcionan con menos de 50 V Existen tres situaciones bajo las cuales los sistemas de corriente alterna que funcionan a menos de 50 V deben ser aterrizados. (1) La primera se presenta cuando un sistema se alimenta por medio de un transformador y la alimentación de ese transformador sobrepasa 150 V a tierra, en este caso, el sistema debe ser aterrizado (en el secundario) como se ve en la figura 9 (Sección (a) (1)). Un ejemplo de esto es un sistema de 480/227 V utilizado como alimentación del primario de un transformador, y el secundario del mismo transformador es utilizado para alimentar, en 48 V, pequeñas válvulas solenoides o algunos otros circuitos de control de baja tensión. El secundario está a menos de 50 V y el primario está a más de 150 V. Por lo tanto, el secundario en 48 V debe ser aterrizado. (2) La segunda situación se presenta cuando un sistema se alimenta por medio de un transformador conectado a un sistema no aterrizado. En este caso, el sistema debe ser aterrizado (en el secundario), como se ve en la figura 9 (Sección (a) (2)). Un ejemplo de esto se observa cuando una fase de un sistema trifásico no aterrizado a 480 V, se utiliza para alimentar el primario de un transformador, y el secundario del transformador está a menos de 50 V. (3) La tercera situación requiere que los sistemas que operan a menos de 50 V sean aterrizados cuando los conductores del mismo sistema estén instalados como conductores aéreos en los exteriores de los edificios. Esta situación se puede observar en la figura 9 (Sección (a) (3)). Dr. Arturo Galván Diego. 12

13 Existen otros sistemas que operan a menos de 50 V y no se requiere que sean aterrizados, sin embargo se permite que lo estén. Un ejemplo de esto es un sistema alimentado con un transformador con un primario alimentado a menos de 150 V, y el secundario a menos de 50 V. Figura 9. Sistemas que funcionan con menos de 50 V Sistemas que funcionan entre 50 y 1000 V Dentro de éste grupo existen tres situaciones bajo las cuales los sistemas entre 50 y 1000 V deben ser aterrizados. (1) La primer situación establece que un sistema debe ser aterrizado, si el voltaje a tierra de los conductores no aterrizados no sobrepasa 150 V rms, para esta situación existen tres sistemas de distribución que la satisfacen (i, ii y iii), y que son los de uso más común, la figura 10 muestra estos sistemas (Sección (b) (1)). (2) La segunda situación establece que los sistemas trifásicos a cuatro hilos (3F- 4H), donde el neutro se utilice como conductor para un circuito, deben ser aterrizados. Esta situación incluye a los sistemas en 480/277 V, que no están circunscritos por la primer situación por no ser el voltaje de línea a tierra menor a 150 V. Este sistema se utiliza extensamente en la iluminación de escuelas, oficinas en grandes edificios y en áreas industriales. Los sistemas en 440/254 V también están incluidos. La figura 10 muestra este sistema (Sección (b) (2)). Dr. Arturo Galván Diego. 13

14 (3) La tercera situación establece que los sistemas trifásicos en configuración delta a 4 hilos (3F-4H), en los cuales el punto medio de una fase de la delta sea utilizado como conductor para un circuito, deben ser aterrizados en este punto medio. Estos sistemas encuentran aplicación ante la necesidad de tener circuitos de potencia y de alumbrado. Los sistemas más comunes para ésta configuración son: 240/120 V y 220/110 V como puede verse en la figura 10 (Sección (b) (3)). Figura 10. Sistemas que funcionan entre 50 y 1000 V Sistemas que funcionan desde 1000 V en adelante Dentro de éste grupo se establecen tres puntos especiales para la conexión a tierra de estos sistemas: (1) Deben aterrizarse los sistemas de alimentación desde 1 kv y mayores, cuando éstos alimentan a equipo móvil o portátil (Sección (c) y ). (2) Se permite que los sistemas de alimentación desde 1 kv y mayores, que no alimenten a equipo móvil o portátil, sean aterrizados. Dr. Arturo Galván Diego. 14

15 (3) Cuando los sistemas desde 1000 V y mayores sean instalados con el conductor neutro aterrizado, estos deben ajustarse a los requerimientos que establece el NEC (Artículo 250). Los requisitos que establece el NEC para estos sistemas, delimitan las opciones de alimentación a los siguientes sistemas: i) Sistemas aterrizados con un transformador de puesta a tierra (Sección ) ii) Sistemas con el neutro sólidamente aterrizado (Sección ) iii) Sistemas aterrizados en el neutro a través de una impedancia (Sección ) Los sistemas anteriores se ejemplifican en la figura 11. Figura 11. Sistemas que funcionan desde 1000 V en adelante Dr. Arturo Galván Diego. 15

16 Sistemas derivados en forma separada De acuerdo al NEC, un sistema derivado en forma separada es aquel sistema que no tiene ninguna conexión eléctrica directa incluyendo el conductor neutro, con otro sistema de alimentación. El sistema puede derivarse de una batería, un sistema fotovoltaico, un generador, un transformador, o los devanados de un convertidor. Una forma de identificar un sistema derivado en forma separada es un sistema de alimentación diferente al de la compañía suministradora. El NEC establece que los sistemas derivados en forma separada deben ser conectados a tierra si se requiere, de acuerdo a los puntos anteriores (Sección (d)). Conexión a tierra para equipo La conexión a tierra para equipo tiene que ver con la puesta a tierra e interconexión de las partes y estructuras metálicas a través de las cuales viajan los conductores energizados y en general todas aquellas partes metálicas no energizadas que puedan entrar en contacto con los conductores del sistema y que estén expuestos al personal. Los propósitos principales de la conexión a tierra para equipo son las siguientes: (1) Mantener una diferencia de potencial baja entre las partes metálicas, para evitar el riesgo de electrocución del personal presente en el área (2) Proporcionar un medio conductor efectivo, por medio del cual puedan fluir las corrientes de cortocircuito producidas por una falla a tierra, sin producir chisporroteos u otra evidencia de elevación térmica, y con el fin de evitar un riesgo por incendio de material combustible o explosión de gases en atmósferas combustibles (3) Conducir a tierra corrientes estáticas o de fuga La razón principal para la conexión a tierra para equipo es evitar que cualquier objeto metálico llegue a estar energizado, ya que esto representa riesgos de electrocución a las personas. De manera más específica, si un conductor no aterrizado del sistema entra en contacto con cualquier parte metálica, dicha parte metálica se elevará al potencial con respecto a tierra del conductor no aterrizado. La figura 12 muestra esta elevación de potencial entre un chasis metálico y tierra, cualquier persona que tenga contacto con la canalización estará expuesta al mismo riesgo que si tocara el mismo conductor energizado. Dr. Arturo Galván Diego. 16

17 Figura 12. Elevación de potencial de partes metálicas no aterrizadas A menos que todas las partes metálicas conductoras en una instalación hayan sido conectadas a tierra intencionalmente en una manera apropiada, la ocurrencia de una falla de aislamiento en los conductores puede provocar la aparición de un voltaje de magnitud suficiente que represente un riesgo de electrocución a cualquier persona que las toque. Al conectar a tierra todas las partes metálicas, cualquier contacto accidental de un conductor no aterrizado con éstas partes metálicas, será equivalente a un cortocircuito entre el conductor no aterrizado y el conductor aterrizado del sistema. Esto ocasionará que actué el dispositivo de protección del circuito que contiene la falla, evitando que las partes metálicas queden energizadas, es decir, al potencial del conductor no aterrizado. La figura 13 muestra la trayectoria para el flujo de corriente debido al contacto accidental de un conductor no aterrizado. Dicha trayectoria puede ser la canalización misma conectada a tierra en la fuente de alimentación, acometida, etc., o puede ser un conductor especial para esa función (el conductor de color verde según el NEC), que se origine en el punto de conexión a tierra del tablero o fuente de alimentación y que acompañe a los circuitos de alimentación. Lo anterior está establecido en la sección del NEC. Dr. Arturo Galván Diego. 17

18 Figura 13. Trayectoria a tierra para las corrientes de falla Debe notarse que la corriente realmente no fluye a tierra, si no fluye hacia la fuente de alimentación a través del contacto accidental y hacia el punto común de conexión a tierra del sistema y del equipo, de tal manera que se completa el circuito de regreso a la fuente. Esta corriente se define como corriente de falla, puesto que solo fluye si existe una falla en el circuito. Es muy importante asegurar que la trayectoria de puesta a tierra para equipo tenga una baja impedancia a lo largo del circuito, esto permitirá que los dispositivos de protección abran el circuito. Consideraciones que permiten no aterrizar los equipos De acuerdo con la sección del NEC todas las partes metálicas asociadas con los sistemas eléctricos deben ser aterrizadas. La única excepción a esta regla es que los equipos cumplan con uno o más de los siguientes requisitos: 1. Estén doblemente aislados 2. Estén resguardados 3. Estén físicamente aislados o apartados (del alcance del personal) Consideraciones que obligan a aterrizar los equipos Para los equipos que si deben ser aterrizados el NEC establece una clasificación de los equipos, tal clasificación es la siguiente: a) Equipo fijo o conectado por medio de cableado permanente b) Equipo conectado por medio de cordón y clavija Dr. Arturo Galván Diego. 18

19 c) Equipo no eléctrico De acuerdo con la sección del NEC, los equipos fijos deben ser aterrizados si cumplen con cualquiera de las condiciones siguientes: 1) Si están dentro de una distancia vertical de 2.44 m (8 ft) o a una distancia horizontal de 1.53 m (5 ft) con respecto a tierra o de cualquier objeto aterrizado y que se encuentre expuesta al contacto con las personas 2) Si están en lugares húmedos o mojados 3) Si están en contacto eléctrico con algún objeto metálico 4) Si están en lugares o áreas clasificadas como peligrosas 5) Si están alimentados por medio de una canalización metálica 6) Si el equipo tiene una de sus terminales a más de 150 V con respecto a tierra Características de la trayectoria a tierra Como se menciona anteriormente, es importante que la trayectoria de puesta a tierra de los equipos cumpla ciertas características que aseguren el cumplimiento de los objetivos establecidos. De acuerdo a la sección del NEC, la trayectoria de conexión a tierra debe ser: 1. Continua. La trayectoria debe ser permanente y eléctricamente continua, lo cual generalmente depende de las conexiones mecánicas. 2. Baja impedancia. Debe mantener la oposición al flujo de corriente lo más bajo posible, lo cual depende del conductor que se utilice, de las conexiones y de la configuración en la que se disponga el conductor de puesta a tierra 3. Ampacidad. Debe tener suficiente capacidad de conducción de corriente para conducir de manera segura la corriente de falla que el equipo pueda demandar. 4. El terreno natural no deberá ser utilizado como el único medio conductor de puesta a tierra para equipo. Para que la trayectoria a tierra cumpla específicamente con el punto 2, es decir, para lograr una baja impedancia, el conductor de puesta a tierra dedicado (esto es, un conductor diferente a la canalización metálica) debe estar contenido dentro de la misma canalización, cable o cordón, o tenderse con los conductores del circuito de acuerdo a la sección del NEC. La importancia de disponer un conductor de puesta a tierra para equipo, físicamente cercano a los conductores de alimentación de un circuito de CA, es esencial para asegurar una impedancia mínima en las trayectorias de puesta a tierra, lo cual a su Dr. Arturo Galván Diego. 19

20 vez facilita la remoción de las fallas. Cuando un conductor de puesta tierra para equipo se coloca en la misma canalización (cable o cordón) que el conductor que esté proporcionando la corriente de falla a tierra, la impedancia del circuito que conduce la corriente de falla tiene una reactancia inductiva mínima y una resistencia en CA mínima, debido a la cancelación mutua de los campos magnéticos alrededor de los conductores y a un mínimo de efecto piel. Bajo tales condiciones, el voltaje a tierra es mínimo y la corriente de falla es la máxima posible debido a la baja impedancia, por lo cual el dispositivo de sobrecorriente del circuito operará efectivamente y en un menor tiempo. Referencias NEC (NFPA 70) NATIONAL ELECTRICAL CODE 2005 EDITION Dr. Arturo Galván Diego. 20