12-Principios de Puesta a Tierra

Sistemas de Puesta a Tierra

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Prácticas de Puesta a Tierra By Hector Martinez - LAM Applications Engineering Manager

APC World Wide Applications Engineering Introducción: Siendo los Sistemas de Energía Ininterrumpible uno de los principales elementos de protección en un sistema eléctrico de alta disponibilidad. La puesta a tierra del UPS es uno de los elementos cruciales para el buen desempeño del sistema. En la práctica en la mayor parte de las instalaciones existen dudas acerca de cual es la mejor forma de conectar a tierra el UPS y los equipos que protege. En este documento se presenta un resumen de las principales prácticas de puesta a tierra actuales; así como una recomendación para la instalación de los UPS’s de la Serie Silcon de APC. Practicas de Puesta a Tierra El propósito principal del sistema de puesta a tierra es la protección de las personas y adicionalmente asegurar la continuidad del suministro eléctrico y la protección de los equipos. Con la evolución de los sistemas eléctricos se han desarrollado diferentes prácticas de puesta a tierra que cumplen con ofrecer la protección necesaria a las personas, pero que difieren en cuanto al desempeño del sistema eléctrico en términos de disponibilidad y mantenimiento de la instalación. Actualmente se utilizan de forma general y están definidos tres sistemas de puesta a tierra para bajo voltaje de acuerdo con el estándar internacional IEC 60364. TN - Los elementos conductivos expuestos se encuentran conectados a neutro. IT - Neutro no aterrizado o aterrizado mediante una impedancia. TT - El conductor neutro aterrizado Este sistema de nomenclatura se basa en la forma en que el secundario del transformador de distribución de medio voltaje a bajo voltaje se instala y los medios de puesta a tierra de los gabinetes y estructura de los equipos en la instalación. Para identificar el tipo de sistema se utilizan 2 letras, la primera define la forma en que se encuentra conectado el neutro del secundario del transformador, existen dos diferentes opciones neutro conectado directamente a tierra (T) y el neutro aislado de la tierra (I). La segunda letra define el tipo de conexión del gabinete dependiendo de la aplicación, con dos diferentes opciones: T cuando el gabinete se encuentra directamente conectado a tierra y N cuando se encuentra conectado al neutro, que a su vez se encuentra conectado a tierra en el origen de la instalación.



La combinación de estas dos letras nos dan únicamente 3 posibilidades TN IT TT, los diferentes tipos de conexión se muestran a continuación.

3 3

T

N

Formas de conexión del conductor neutro en el origen de la instalación y en los gabinetes de las cargas eléctricas.

T

N

TT IT

Sistema TN En un sistema TN todas las fallas a tierra resultan en valores de corriente de corto circuito de la misma magnitud que las de falla de fase a fase debido a la conexión directa de las partes conductivas expuestas al punto neutro. Como los dispositivos de protección regularmente están diseñados para liberar las falles de fase a tierra, normalmente no se requieren protecciones para fallas de tierra. En este tipo de conexión cualquier falla resultará en la desconexión del circuito que presenta la falla. Los sistemas TN son los más comunes en aplicaciones en que una falla en el suministro se puede tolerar. Por lo que este tipo de conexión es la más común en sistemas donde el suministro esta respaldado por un UPS. Sistema IT En el sistema IT, todos los conductores conduciendo corriente se encuentran aislados del conductor de protección o la conexión entre neutro y tierra se realiza mediante una impedancia. Este se conoce normalmente como puesta a tierra de alta resistencia. Este tipo de puesta a tierra se utiliza regularmente cuando se requiere limitar la corriente de falla a tierra a un valor menor a 500 mA, este es el valor máximo de corriente de falla que se permite en instalaciones con riesgo de inflamabilidad. Este tipo de instalación esta más enfocada a aplicaciones industriales donde personal entrenado esta a cargo de la operación del sistema eléctrico.



3P-4W

L1

L2

L3

N

P E

TransformadorPanel de

Distribución

Tierra delsistema

Tierra delsistema

Sistema TT En el sistema TT el punto neutro del transformador se encuentra aterrizado y la estructura de los equipos se encuentran también aterrizados por medio de una conexión a tierra. La corriente de falla se limita por la impedancia de las conexiones a tierra. En este caso el componente con la falla se desconecta por medio de un dispositivo de corriente residual. El sistema TN se puede utilizar con algunas variables dependiendo de la forma en que se conecten el conductor neutro y los conductores de protección, en este caso se incluye una tercera letra que define el arreglo de estos conductores. S Cuando el conductor neutro y el de protección se encuentran separados C Cuando el conductor neutro y el de protección se encuentran combinados (PEN) C-S TN-C cerca de la fuente, TN-S cerca de la carga. El conductor de protección de tierra (PE) es muy importante en cualquier instalación ya que reduce el riesgo de contacto indirecto que puede ser peligroso. Sistema TN-C El sistema TN-C combina el conductor de protección PE y el Neutro (N) en un solo conductor llamado (PEN). Como este conductor tiene la función de protección, no debe ser conmutado con el interruptor de las fases. Este tipo de sistema de puesta a tierra solamente puede ser utilizado con conductores con un área de sección igual o superior a 10 mm2 . El sistema TN-C tiene la ventaja de utilizar un conductor menos que el sistema TN-S, pero las 2 mayores desventajas son:



Ø La diferencia de potencial del sistema de tierra en varios puntos debido al flujo de

corriente de desbalance en el conductor PEN. Ø La circulación de la corriente de falla a tierra por el conductor neutro del sistema

que puede conducir a la activación sin causa aparente de interruptores cuando hay fuentes alternas alimentando al sistema.

3P-4W

L1

L2

L3

PENPEN


Distribución

Tierra delsistema

Este sistema no se recomienda regularmente para cargas con alto contenido armónico debido a que se combina el neutro y la tierra en un mismo conductor.

Sistema TN-S

El sistema TN-S utiliza un conductor específicamente para el neutro (N) y un conductor específicamente para el conductor de protección (PE). Como se muestra en la figura. En este caso es imperativo que el conductor neutro sea derivado del conductor que une el punto neutro del transformador con la tierra (PEN), por medio de un conector que removible para poder hacer pruebas en el aislamiento del conductor neutro. Un error común es derivar el conductor de protección (PE) del neutro. El neutro del transformador reductor debe ser puesto a tierra directamente en el transformador. En general se recomienda realizar la separación del neutro y del conductor de protección directamente en el transformador, pero este implica llevar 5 conductores hasta el panel, por lo que esta práctica comúnmente no se realiza. En general la conexión al panel de distribución de bajo voltaje se realiza por medio del conductor (PEN) separando el N y el PE en el panel de esta forma se utilizan 4 conductores para conectar el transformador con el panel de distribución de bajo voltaje.



3P-5W

L1

L2

L3

N

PE


Distribución

Este tipo de conexión TN puede usarse para cualquier calibre de conductor. Las cargas se pueden conectar entre fases o entre fase y neutro, lo que implica que bajo condiciones normales de operación no hay corriente circulando en el conductor de protección (PE). Esto sirve para asegurar que el potencial a través del conductor de protección de tierra es el mismo en toda la instalación lo que reduce la interferencia con equipos sensibles como computadoras y equipos de comunicación. Los conductores PE y PEN nunca deben ser conmutados. El conductor PE debe estar conectado regularmente a tierra. El conductor N no se debe conectar a tierra después de separarlo de PEN y debe estar aislado al igual que los conductores de fase. Las siguientes recomendaciones se sugieren como guía para aplicaciones de alta disponibilidad.

q Nunca conmute un conductor de tierra (PE) q No utilice el conduit como conductor de tierra (PE) q Instale el conductor PE junto con los otros conductores. Esto reduce las

impedancias de acoplamiento lo que asegurará que en caso de una falla a tierra los dispositivos de protección operarán.

q Conecte el conductor de tierra (PE) a tierra cuando sea posible. Cuando el conductor PE se encuentra aterrizado, el voltaje potencial al tacto siempre será menor ya que las partes conductivas expuestas tendrán el mismo potencia que las estructuras que la rodean.

q Acople todas las estructuras metálicas y conéctelas al conductor de tierra, esto reduce la posibilidad de ocurrencia de los voltajes altos al tacto.

q Los conductores de tierra deben estar identificados utilizando un aislante verde/amarillo o correctamente identificado. El verde amarillo no se puede utilizar para identificar otro conductor.

q Los conductores de tierra para instalaciones críticos como cuartos de cómputo debe estar aislado para evitar posibles contactos accidentales con otras estructuras



aterrizadas. Estos conductores deberán estar conectados en un mismo punto con los conductores de del resto del sistema de distribución eléctrica.

Sistema TN-C-S Es totalmente aceptable combinar sistemas, de hecho para ciertas aplicaciones es deseable combinar diferentes sistemas en una misma instalación. El sistema TN-C-S implica hacer una conexión de una sistema TN-S después de una conexión TN-C. En este caso como el neutro se obtiene de dividir el conductor PEN, estos no se pueden volver a unir en ninguna parte adelante en la instalación. Sistemas de puesta a Tierra y su implementación con Equipos Serie Silcon APC. Como hemos visto anteriormente los tres sistemas de puesta a tierra son completamente aceptables y su implementación varia de acuerdo con la aplicación. En general el sistema de puesta a tierra más aceptado para una instalación en el cual se involucran cargas que producen corrientes de fuga y terceras armónicas, como son las cargas de equipos de cómputo, es el sistema TN-S. Esto debido a que este sistema permite que los componentes de la tercera armónica se sumen y circulen por el conductor neutro, que al mantenerse separado del conductor de protección asegura que este siempre tendrá un mismo nivel de potencial independientemente de las corrientes que circulen por el conductor neutro. La forma de implementar la puesta a tierra de los equipos de la serie Silcón de APC, depende del diseño de la instalación que se esté utilizando. Sin embargo los equipos de la serie Silcon ofrecen diferentes opciones para la puesta a tierra de acuerdo con las necesidades de la instalación. En general el voltaje de 480 Volts se utiliza para transmisión en bajo voltaje, utilizando comúnmente un transformador de aislamiento para distribución cerca de la carga con un voltaje de utilización (208/120 Volts). En estos casos se combinan 2 sistemas de puesta a tierra, se utiliza un sistema TN-C para la alimentación al UPS y después del UPS el transformador de aislamiento se utiliza para implementar un sistema TN-S, para alimentar a la carga como se muestra en la siguiente figura.



L1

L2

L3

PENPEN

TransformadorUPS

Tierra delsistema

3P-5W

Transformador Panel deDistribución

P EN

L1

L2

L3

APC Silcon UPS

N

PEE

Para el caso de los equipos de 400 y 208 Volts, debido a que este es un voltaje de utilización, este se puede distribuir para alimentar a la carga sin necesidad de transformación . Cuando se presenta esta situación el sistema que se utiliza primordialmente es el TN-S para todo el sistema, desde la entrada del UPS hasta la carga. En este caso todas las partes metálicas expuestas se conectan al conductor de protección (PE) y el conductor neutro únicamente se une al conductor de protección en el transformador de entrada.

L1

L2

L3

N

UPS

3P-5W

Panel deDistribución

P EN

L1

L2

L3

APC Silcon UPS

PE

Conclusión: Los tres sistemas de puesta a tierra se pueden utilizar en un mismo sistema eléctrico, la selección del sistema de tierra depende de la aplicación que se requiera proteger. En general para aplicaciones con equipos de cómputo, grandes redes de centros de datos y sistemas de telecomunicaciones se recomienda el sistema TN-S, ya que este tipo de equipos regularmente produce corrientes con alto contenido armónico que circulan por el conductor neutro. Adicionalmente permite reparaciones rápidas, crear extensiones y modificaciones fácilmente siempre y cuando se sigan las reglas establecidas anteriormente. Sin embargo estas no son las únicas implementaciones que se pueden hacer, si Uds. Requieren implementar un sistema de tierra diferente a los mencionados por favor contacte a alguno de los ingenieros de aplicaciones para ayudarlo a encontrar la mejor solución para su sistema http://wwwae.apcc.com/.

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