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Contenido
......................................................................................... 3 Sistemas de Puesta a Tierra en las Instalaciones de Cableado Estructurado Estructu rado ................................ ................................................................ ...................................................... ...................... 4 Sistema TT ...................................................................................... 4 Ejemplo de Arqueta de la Puesta a Tierra de un Edificio............. 7 Diseño de sistema de puesta a tierra (Normas). (Normas). .........................12 .................... .....12 Ley 19587 ................................ ................................................................ .....................................................13 .....................13 Norma IRAM 2281/3 ....................................................................14 Lo que establece el esquema de puesta a tierra TT .................15 Materiales ............................. ............................................................. ..........................................................18 ..........................18 Barras De Puesta A Tierra ................................ ..........................................................18 ..........................18 Acopladorr Conico de Barras ................................ Acoplado ......................................................18 ......................18 Acopladorr Roscado de Barras .............................. Acoplado ...................................................18 .....................18 Varillas de Tierra .............................. .............................................................. ...........................................19 ...........19 Zona de Protección (Método De Puntas De Inicio). .......................23 Referencias Referencia s ............................. ............................................................. ..........................................................25 ..........................25 Anexos ..............................................................................................26
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Mucho se ha escrito en cuanto a la necesidad de establecer un “sistema eficiente de puesta a tierra”, para cumplir exigencias de seguridad para personas y b ienes. También se ha demostrado en numerosas presentaciones de proyectos; algunos conceptos poco claros entre la relación entre el sistema de puesta a tierra y la necesaria desconexión de las protecciones ante fallas a tierra. El sistema de puesta a tierra en sí mismo “es sagrado” pero no garantiza la seguridad si no se ha seleccionado un sistema de protecciones que actúe y desconecte la parte afectada ante corrientes a tierra que son el resultado de tensiones en partes metálicas conectadas al sistema de puesta a tierra. Para cumplir los requerimientos de seguridad, el proyectista debe demostrar que cuando se presenten tensiones t ensiones peligrosas peligrosa s en partes metálicas metá licas y un posible un contacto indirecto, debe existir una protección asociada que desconecte esa parte de la instalación y se eviten los conocidos casos de electrocución o de incendio por corrientes derivadas a tierra y no desconectadas en forma prácticamente instantánea.
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Las instalaciones de cableado cableado estructurado deben de ser puestas a tierra con el objeto de conseguir las tres siguientes ventajas: Protección de las personas que manipulan los diferentes equipos electrónicos y armarios de cableado, ante averías fortuitas que pueden provocar que las masas metálicas de los elementos anteriores queden bajo tensión. Protección de los equipos electrónicos activos ante descargas eléctricas provocadas por fenómenos atmosféricos Protección de los equipos electrónicos y del propio cableado estructurado ante interferencias electromagnéticas.
Se debe de recordar que la práctica totalidad de las redes de suministro de energía eléctrica utilizan el sistema TT. En este sistema el neutro está unido a tierra en las subestaciones subestaci ones y/o transformadores transformad ores que alimentan al usuario final. f inal. Esta conexión a tierra del neutro tiene como objeto el “evitar la aparición fortuita de tensiones compuestas entre fase y tierra”, cuando por una avería una fase queda conectada a tierra o bien por las propias capacidades distribuidas a tierra que tienen todas las líneas de alimentación eléctrica.
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El sistema TT anterior protege a los usuarios de sufrir una fuerte descarga eléctrica (tensión compuesta entre fases) al tocar de forma accidental una fase y estar haciendo contacto con tierra con otra parte del cuerpo. Pero por contra, ahora cuando un usuario toca una fase o un equipo eléctrico con cubierta metálica y con defecto defect o de aislamiento aislam iento en su interior, siempre recibirá reci birá una descarga de scarga eléctrica.
Para evitar ese peligro se hace necesario conectar a tierra también todas las masas metálicas de los equipos eléctricos y electrónicos que están conectados a la red eléctrica. De esta manera, si se produce un fallo de aislamiento eléctrico en uno de estos equipos, al tocar de forma accidental su cubierta metálica no habrá peligro de descarga eléctrica, ya que dicha cubierta metálica está unida directamente a tierra y por tanto, la persona que está tocando dicho equipo, está cortocircuitado por esa conexión a tierra. En una instalación de cableado estructurado, tanto los equipos activos como switches y routers, y los propios racks metálicos contienen conexiones a la red eléctrica, y por tanto un fallo de aislamiento en los mismos conduciría a la situación de peligro anteriormente indicada. Una conexión a tierra de dichos armarios o racks y de los equipos electrónicos allí instalados es de caracter obligatorio. Por otro lado, debido al efecto de “jaula de Faraday”, si un arma rio o rack de comunicaciones está conectado a tierra, cualquier descarga eléctrica de tipo atmosférico que pudiera afectar al cuarto de telecomunicaciones será conducida a tierra y se evitarán posibles averías en los equipos activos de red situados en el interior de armario o rack.
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La explicación a este fenómeno es relativamente sencilla: Para que circule corriente eléctrica por cualquier sistema, debe de existir una diferencia de potencial en los extremos. Si el sistema en cuestión – una persona, un aparato electrónico, etc – etc – está rodeado por una superficie metálica conductora, la diferencia de tensión entre cualquier par de puntos es nula, y por lo tanto no puede circular corriente eléctrica por la persona o aparato electrónico situado en el interior. Las normas TIA/EIA 568-C remiten al estandar TIA/EIA-J-STD-607-A para fijar los diferentes aspectos técnicos referentes a la puesta a tierra y apantallamientos en instalaciones de cableado estructurado. Con caracter general se deberán tener en cuenta los siguientes aspectos: La pantalla de los cables ScTP deberá ser conectada a tierra en el distribuidor de cableado horizonta, mediante unión a la barra de tierra del cuarto de telecomunicaciones.
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La conexión a tierra en el área de trabajo se logra mediante la propia conexión a tierra disponible en la conexión a la red eléctrica de los equipos de usuario. Para que esto sea posible, los latiguillos deben de ser también de tipo ScTP. En el área de trabajo la diferencia de tensión entre la toma de tierra de la red eléctrica y la pantalla de protección de los cables ScTP no debe de exceder de 1v eficaz. Si hubiera una tensión superior, debe de ser corregida la anomalía antes de proceder a usar el cable. En el cuarto de entrada de los servicios de telecomunicaciones deben de ser instaladas barras de cobre de un espesor de 1/4 de pulgada (6,3 mm), una anchura de4 pulgadas (10 cm) y de longitud variable. En los cuartos de telecomunicaciones su anchura será de2 pulgadas (5cm). Estas barras de cobre estarán perforadas a intervalos regulares y en dichos orificios se atornillaran las conexiones de tierra de racks, equipos activos de red y protectores contra sobretensiones. Las barras de cobre estarán unidas entre sí y con la tierra del edificio por un cable de color verde de al menos 6 AWG, siendo un valor recomendado 3 AWG.
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Como se ha indicado anteriormente, a fin de minimizar las interferencias electromagnéticas en el cableado vertical y horizontal, cuando se usa cable de pares, en una instalación de cableado estructurado, es necesario el empleo de cables apantallados. Estos cables apantallados (ScTP) deben de tener una correcta conexión a tierra de sus pantallas mediante latiguillos del mismo tipo y conectados a los equipos de usuario, los cuales deberán estar convenientemente conectados a tierra.
Cuando la instalación de cableado estructurado comprende varias plantas en un edificio, el procedimiento de conexión de tierras se debe de extender a la totalidad de las plantas, tal y como se muestra en la siguiente figura
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Obviamente todo lo anterior exige una buena toma de tierra en el edificio. Si esta conexión a tierra es defectuosa o se encuentra en mal estado, el sistema de protección instalado no cumplirá su función. Las La s conexiones a tierra ti erra de los edificios se realizan mediante un sistema de picas (barras de cobre) insertadas en la tierra a cierta profundidad, y normalmente protegidas mediante una arqueta por la que tiene que entrar el agua de la lluvia, a fin de que el terreno mantenga un cierto grado de humedad.
La comprobación del correcto estado de la toma de tierra del edificio requiere de la utilización de un Telurómetro o Medidor de tierras. Su manejo es relativamente sencillo, pero realizar la comprobación exige en general el desconectar la tierra del edificio y esto obliga a “parar” el funcionamiento eléctrico del edificio, además de otras precauciones obligatorias.
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El diseño eficiente de un sistema de puesta a tierra, es la condicion obligatoria para que el proyecto cumpla la ley 19587. La norma IEC 60364 establece relaciones entre magnitud y duración máxima de mantenimiento de la tensión de contacto (Uc) para inmuebles y locales donde la Reglamentación AEA 90364 establece el lim ite de Uc ≥24 V. Tensión supuesta de contacto (V) Tiempo de corte máximo del dispositivo de protección (s) 50 5 75 0,48 90 0,30 125 0,25 150 0,18 220 0,05
Como se puede observar, ante mayores valores de tensiones de contacto, la protección debe actuar en forma casi instantánea. El objeto de este trabajo es establecer las necesarias relaciones entre los valores máximos del sistema del sistema de puesta a tierra y las protecciones que deben instalarse para ofrecer una eficiente detección y desconexión de la parte afectada, preservar vidas y bienes. El sistema de puesta a tierra debe cumplir al menos con dos requisitos:
Ofrecer continuidad y vinculación por medio de conductores de cobre entre todos los componentes metálicos susceptibles de adquirir tensiones que pueden resultar peligrosas. Ofrecer un valor de resistencia de puesta a tierra (Ra) establecida de acuerdo a la Reglamentación AEA 90364 y los correspondientes cálculos de verificación de actuación de protecciones asociadas para la detección de fallas a tierra.
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El proyectista de la instalación eléctrica debe demostrar que su proyecto cumple la ley 19587, 19587 , en “Condiciones de Seguridad de las Instalaciones Eléctricas”. Tensión de seguridad En los ambientes secos y húmedos se considerara como tensión de seguridad hasta 24 V respecto a tierra.
Protección contra Riesgos de Contactos Indirectos. Para proteger a las personas contra los riegos de contacto con masas puestas accidentalmente bajo tensión, estas deberán estar puestas a tierra y además se adoptara uno de los dispositivos de seguridad enumerados. Puesta a tierra de las masas Las masas deberán estar unidas eléctricamente a una toma a tierra o a un conjunto de tomas a tierra interconectadas. El circuito de puesta a tierra deberá ser continuo, permanente, tener la capacidad de carga para conducir la corriente de falla y una resistencia apropiada. Los valores de las resistencias de las puestas a tierra de las masas, deberán estar de acuerdo con el umbral de tensión de seguridad y los dispositivos de corte elegidos, de modo de evitar llevar o mantener a las masas a un potencial peligroso en relación a la tierra o a otra masa vecina. Para cumplir lo exigido por la legislación, el sistema de puesta a tierra, denominado “paralelo”, acompaña al sistema principal de fases y neutro y conecta todas todas las partes y componentes metálicos o “masas” de la instalación a una “toma de tierra” de referencia que se incorpora en las instalaciones eléctricas de inmuebles al denominado esquema de puesta a tierra TT. El proyectista de la instalación como responsable técnico y legal debe resolver lo indicado en la ley 19587, y debe indicar en forma clara y precisa en su proyecto la solución que propone para cumplir con la legislación. Si cualquier parte o envolvente metálico de la instalación eléctrica adquiere 13
tensión, la condición de seguridad establecida en ley 19587 indica que, si la tensión supera el umbral de 24 V, debe actuar un dispositivo de protección en forma eficiente y en el mínimo tiempo que evite todo tipo de riesgo de posible contacto indirecto.
Si se consulta las Norma IRAM 2281/3, la Tabla 9 establece algunas interesantes relaciones entre la corriente de falla a tierra que se necesita establecer respecto a la corriente nominal del dispositivo de protección. Corriente de falla a tierra (A) Corriente nominal del dispositivo de protección. 2000 100 3300 160 3900 200 5200 315 7800 400 Las relaciones indican que para garantizar la actuación instantánea del dispositivo de protección son necesarias corrientes de fallas a tierra del orden de veinte veces la corriente nominal del dispositivo de protección ubicado inmediatamente “aguas arriba” del lugar donde se originará la falla a tierra.
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En el esquema de puesta a tierra TT (establecido como obligatorio por AEA 90364):
Considerando nula la resistencia de pérdida de aislación del dispositivo en falla. Denominando a la corriente de falla a tierra como If. Con el valor de resistencia de puesta a tierra como Ra. Resulta la tensión de contacto de: If. Ra ≤ Uc Considerando el valor If como el valor de actuación de la protección, denominado aquí Ia Resulta la relación de: Ia. Ra ≤ 24V En cuanto a las exigencias de protecciones, es conocido que la AEA 90364 indica el uso obligatorio del interruptor diferencial de corriente diferencial 30 mA desde el “tablero seccional” . La utilización obligatoria del protector diferencial de 30 mA facilita el valor máximo de puesta a tierra máximo Ra para cumplir la condición de seguridad, pues : 30 (mA) (mA) x Ra (ohm) ≤ 24 (V) Ra ≤ 24 V / 30 mA ≈ 800 ohm Este valor de exigencia de resistencia Ra del orden de 800 ohm o menor, es de sencillo cumplimiento aun ante las peores condiciones de la puesta a tierra. Si en el “tablero principal” ubicado “aguas arriba” del tablero seccional se establece por proyecto un protector diferencial “selectivo” de 300 mA, la condición máxima de Ra seria 300 (mA) x Ra (Ohm) ≤ 24 (V) 15
Ra ≤ 24 V / 300 mA ≈ 80 Ohm Este valor de exigencia de resistencia Ra del orden de 80 ohm o menor, se puede lograr mediante un sistema de puesta a tierra de un costo razonable. La exigencia de AEA 90364 es establecer una resistencia de puesta a tierra con valor máximo de 40 ohm La tabla que sigue indica los valores máximos aproximados de Ra necesarios para garantizar la actuación de dispositivos diferenciales de diversas corrientes diferenciales (I∆n) ante tensiones de contacto superiores a 24 V. I∆n ≤ 24/ Ra Resistencia Ra, máxi ma aproximada en ohm 3A8 1 A 24 500 mA 50 300 mA 80 30 mA 800 Volviendo a la condición de seguridad mediante la actuación de protecciones de tipo termomagnéticas, la seguridad de actuación por lo establecido en IRAM 2281/3 se debe garantizar con corrientes a tierra de valores considerables, por ejemplo del orden de 2000 A, para la actuación instantánea de una protección de corriente nominal 100 A. En este ejemplo el valor de máximo de Ra resultaría de: 2000 (A) x Ra (Ohm) ≤ 24 (V) Ra ≤ 24 V / 2000 A ≈ 0,01 ohm La condición de puesta a tierra de fracciones de ohm, cumplimiento. Esta tipo de limitación en la seguridad claramente la AEA90364 cuando dice que en inmuebles la falla a tierra debe ser resuelta con interruptores
es de difícil lo establece protección de diferenciales.
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En un sistema de puesta a tierra, el elemento encargado de disipar todas las cargas estáticas y corrientes de cortocircuito hacia los mantos inferiores del suelo es la barra de tierra. En más del 50% de los eventos en los que se presenta una corriente de cortocircuito, es atribuida a descargas atmosféricas, y en la mayoría de los casos que se presentan lesiones a personas o danos a equipos son a consecuencia de una defectuosa puesta a tierra. Para lograr buenas puestas a tierra es necesario considerar los efectos de distintos factores relacionados con la misma, estos son:
Efecto del suelo Efecto del diámetro del electrodo (jabalina o barra copperweld) Efecto de la forma del electrodo
Permiten empalmar barras para incrementar su longitud. No presentan ningún riesgo de separación de las barras debido a que la conicidad Contribuye a la unión al ser clavada. Manufacturado con bronce y aleación de silicio para incrementar su resistencia. Permiten enterrar profundamente los electrodos de manera rápida y sencilla. Terminado en punta, de modo que cuando el electrodo es insertado en el acoplamiento, ambas piezas se comprimen para conformar una conexión conductiva.
Permiten empalmar barras para incrementar su longitud. Manufacturado con bronce y aleación de silicio para incrementar su resistencia. 18
Permiten enterrar profundamente los electrodos de manera rápida y sencilla. Los roscados laminados en frío, con su grano continuo e ininterrumpido, son más resistentes que los roscados fresados. Los acoplamientos de alta resistencia tienen roscado de bronce Achaflanados en ambos extremos para facilitar su instalación. El diseño de acoplamiento roscado permite el contacto integral de la punta del electrodo con el extremo más grueso del electrodo precedente. Estos garantizan conexiones cobre/cobre de baja resistencia.
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ona de Protección (Método De Puntas De Inicio). En Francia, coexisten dos estándares para protección contra descargas atmosféricas, la NFC 17-100 (1997), IEC 1024-1 (1990) que está basada en la caja de Faraday mencionada en el punto 5.3.2, y, la NFC 17-102 (Julio 1995) sobre puntas iniciadoras. El estándar NFC 17-102 es aplicable para protección contra rayos, usando puntas iniciadoras en estructuras de menos de 60 m de alto y de áreas abiertas. E incluye la protección contra las consecuencias eléctricas debida al flujo de corriente del rayo a través del sistema de protección. Las puntas iniciadoras, se dice, son las que inician la descarga hacia arriba unos cuantos microsegundos (Delta T) antes de la descarga principal. El efecto se traduce en una zona de protección de forma parabólica alrededor de la punta, de radio (Rp) en un plano horizontal. De acuerdo con la peligrosidad de una descarga sobre la estructura a proteger, el estándar preveé tres tipos de protección. D = 20 m para un D = 40 m para un D = 60 m para un nivel de protección III
nivel nivel
de de
protección protección
I. II
Donde D es el radio de la esfera rodante del modelo electrogeométrico, y h es la altura de la punta de emisión temprana relativa al plano horizontal que pasa por el elemento a proteger. La tabla siguiente con los radios de protección, contempla 3 tipos de puntas iniciadoras (25, 40 y 60 us) y, los valores de altura (h), en metros, sobre la estructura a proteger, donde de 2 a 4 metros son fijos, los demás se calculan mediante la fórmula metros. Considerando que h no puede ser mayor que la D obtenida del tipo de protección.
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Miguel de la Vega Ortega. "Problemas de Ingeniería de Puesta a Tierra". 1999.
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Toledano Gasca, José y Martínez Requena, Juan. “Puesta a tierra en edificios y en instalaciones eléctricas". Paraninfo 1997 Burgsdorf V. V. y Yakobs A. I. "Grounding in Electrical Installations". Energoatomizdat. Moscú 1987. Del Rio, E. (2013, 04). Sistemas de puesta a tierra en las Instalaciones de cableado estructurado. Proyecto Innovación sobre Fibra y Redes. Recuperado 06, 2013, de http://fibraoptica.blog.tartanga.net/2013/04/15/sistemas-de-puesta-atierra-en-las-instalaciones-de-cableado-estructurado/ (2013, 05). Guias de instalacion.http://www.totalground.com/. Recuperado 06, 2013, de http://www.totalground.com/descargas/catalogo/CATALOGO_TG.pdf (2011, 08). Puesta a Tierra de Protección Atmosférica. Sistemas de Puesta Tierra . Recuperado 06, 2013, de http://www.ruelsa.com/notas/tierras/pe50.html
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Mapa de isodensidad de rayos en la República Mexicana elaborado en 1991 por CFE. 27
