Sin un sistema eficaz de conexión a tierra física, podríamos estar expuestos al riesgo de descarga eléctrica, sin mencionar también errores de instrumentación, situaciones de distorsión de armónicas, problemas de factores de potencia y un sinnúmero de dilemas intermitentes. Si las corrientes de fallas no tienen un camino a la tierra física por medio de un sistema de conexión a tierra física correctamente diseñado y mantenido, encontrarán caminos no intencionados que podrían incluir a las personas. Las siguientes organizaciones cuentas con recomendaciones
y/o normas para conectar a tierra física a fin de garantizar la seguridad:
• OSHA (Administración de Salud y Seguridad Ocupacional)
• NFPA (Asociación Nacional de Protección contra Incendios)
• ANSI/ISA (Instituto Nacional de Normas Norteamericanas y Sociedad de Instrumentos de Norteamérica)
• TIA (Asociación de la Industria de Telecomunicaciones)
• IEC (Comisión Electrotécnica Internacional)
• CENELEC (Comité Europeo para la Estandarización Electrotécnica)
• IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos)
Sin embargo, una buena conexión a tierra física no sólo sirve para la seguridad, sino que también se utiliza para evitar daños a plantas y equipos industriales. Un buen sistema de conexión a tierra física mejorará la fiabilidad del equipo y reducirá la probabilidad de sufrir daños debidos a rayos o corrientes de fallas. Se pierden miles de millones de dólares cada año en el lugar de trabajo como consecuencia de incendios eléctricos. Y esta cifra ni siquiera incluye los costos relacionados de litigios, y la pérdida de la productividad personal y corporativa. ¿Por qué comprobar los sistemas de conexión a tierra física?
Con el correr del tiempo, los terrenos corrosivos con un alto contenido de humedad, un alto contenido de sal y altas temperaturas pueden degradar las varillas de conexión a tierra física y sus conexiones. De modo que aunque el sistema de conexión a tierra física cuando fue instalado inicialmente tenía valores bajos de resistencia a tierra física en tierra, la resistencia del sistema de conexión a tierra física puede aumentar si las varillas de conexión a tierra física son corroídas.
Los comprobadores de conexión a tierra física, como el Fluke 1623 y 1625, son herramientas indispensables para la resolución de problemas que le ayudan a mantener la productividad. En el caso de los frustrantes problemas eléctricos intermitentes, el problema podría estar relacionado con una deficiente conexión a tierra física o con una deficiente calidad de la alimentación.
Por esta razón se recomienda encarecidamente verificar todas las conexiones a tierra física y los dispositivos de conexión a tierra física al menos anualmente como parte de su plan normal de mantenimiento predictivo. Durante estas verificaciones periódicas, si se mide un aumento en la resistencia de más del
20%, el técnico deberá investigar el origen del problema, y hacer la corrección para disminuir la resistencia, al reemplazar o agregar varillas de conexión a tierra física al sistema de conexión a tierra física. ¿Qué es una conexión a tierra física y cuál es su propósito? El Artículo 100 del NEC, Código Eléctrico Nacional, define una conexión a tierra física como: “una conexión conductora, ya sea intencional o accidental, entre un circuito eléctrico o equipo y la tierra, o a algún cuerpo conductor que sirve en lugar de la tierra.”
Al hablar con respecto a la conexión a tierra física, en realidad se está hablando de dos temas diferentes: conexión a tierra física y conexión a tierra física del equipo. La conexión a tierra física es una conexión intencional desde un conductor del circuito, por lo general, el neutro, a un electrodo de tierra física colocado en la tierra. La conexión a tierra física del equipo asegura que el equipo operativo dentro de una estructura esté correctamente conectado a tierra física. Estos dos sistemas de conexión a tierra física deben mantenerse separados, salvo en el caso de una conexión entre ambos sistemas. Esto impide diferencias en el potencial de tensión proveniente de un posible rayo al chocar los relámpagos. El propósito de una conexión de tierra física, además de la protección de las personas, plantas y equipos, es proporcionar un camino seguro para la disipación de corrientes de fallo, choques de relámpagos, descargas estáticas, señales EMI y RFI, e interferencia.
¿Qué es un buen valor de resistencia de conexión a tierra física? Existe bastante confusión con respecto a lo que constituye una buena conexión a tierra física y cuál debe ser el valor de la resistencia de conexión a tierra física. Idealmente, una conexión a tierra física debe tener una resistencia de cero ohmios. No existe un único umbral estándar de resistencia de conexión a tierra física que sea reconocido por todas las agencias. Sin embargo, la NFPA y la IEEE han recomendado un valor de resistencia de conexión a tierra física de 5,0 ohmios o menos. La NEC ha indicado lo siguiente: “Asegúrese de que la impedancia del sistema a la conexión a tierra física sea de menos de 25 ohmios, tal como se especifica en NEC 250.56. En instalaciones con equipo sensible, debe ser de 5,0 ohmios o menos.” La industria de las telecomunicaciones con frecuencia ha utilizado 5,0 ohmios o menos como su valor para conexión a tierra física y unión. La meta en la resistencia de la conexión a tierra física es lograr el mínimo valor de resistencia de conexión a tierra física posible que tenga sentido tanto económica como físicamente. Conceptos básicos de la conexión a tierra física.
Componentes de un electrodo de tierra física
• Conductor de conexión a tierra física
• Conexión entre el conductor de conexión a tierra física y el electrodo de tierra física
• Electrodo de tierra física
Ubicaciones de las resistencias
(a) El electrodo de tierra física y su conexión
La resistencia del electrodo de tierra física y su conexión por lo general es muy baja. Las varillas de conexión a tierra física por lo general están fabricadas de material altamente conductor y de baja resistencia, tal como acero o cobre.
(b) La resistencia del contacto de la tierra circundante al electrodo
El Instituto Nacional de Normas (una agencia gubernamental dentro del Departamento de Comercio de los EE. UU.) ha demostrado que esta resistencia es casi insignificante siempre y cuando el electrodo de tierra física esté libre de pintura, grasa, etc. y que el electrodo de tierra física esté en contacto firme con la tierra.
(c) La resistencia del cuerpo circundante de la tierra
El electrodo de tierra física está rodeado por tierra que conceptualmente está compuesta de capas concéntricas de idéntico espesor. Dichas capas más cercanas al electrodo de tierra física tienen la cantidad de área más pequeña que resulta en el mayor grado de resistencia. Cada capa subsiguiente incorpora una mayor área, lo cual resulta en una menor resistencia. Esto finalmente llega a un punto donde las capas adicionales ofrecen poca resistencia a la tierra física circundante al electrodo de tierra física. De modo que, tomando como base esta información, es necesario concentrarse en maneras de reducir la resistencia de la conexión a tierra física al instalar sistemas de conexión a tierra física.
¿Qué es lo que afecta la resistencia de conexión a tierra física?
En primer lugar, el código NEC (1987, 250-83-3) requiere que esté en contacto con el terreno una mínima longitud del electrodo de tierra física de 2,5 metros (8,0 pies). Sin embargo, existen cuatro variables que afectan la resistencia de la conexión a tierra física de un sistema de conexión a tierra física:
1. Longitud y profundidad del electrodo de tierra física
2. Diámetro del electrodo de tierra física
3. Número de electrodos de tierra física
4. Diseño del sistema de conexión a tierra física
Longitud y profundidad del electrodo de tierra física
Una manera muy eficaz de disminuir la resistencia de la conexión a tierra física es hincar los electrodos a conexión a tierra física a una mayor profundidad. El terreno no tiene una resistividad constante, y puede ser muy impredecible. Resulta crítico al instalar el electrodo de tierra física que éste se encuentre debajo de la línea de congelamiento. Esto se hace para que la resistencia a la tierra física no se vea demasiado influenciada por el congelamiento del terreno circundante. Por lo general, al duplicar la longitud del electrodo de tierra física, es posible reducir el nivel de resistencia en un 40 % adicional. Hay ocasiones en las que es físicamente imposible hincar las varillas de conexión a tierra física a una profundidad mayor; se trata de áreas compuestas de roca, granito, etc. En estos casos, son viables métodos alternativos, que incluyen el uso de cemento de conexión a tierra física.
Diámetro del electrodo de tierra física
El aumento del diámetro del electrodo de tierra física tiene muy poco efecto en disminuir la resistencia. Por ejemplo, es posible duplicar el diámetro de un electrodo de tierra física, y la resistencia sólo disminuiría en un 10 %.
Número de electrodos de tierra física
Otra manera de disminuir la resistencia de conexión a tierra física es utilizar varios electrodos de tierra física. En este diseño, se hinca más de un electrodo en la tierra, y se lo conecta en paralelo, a fin de reducir la resistencia. Para que los electrodos adicionales resulten eficaces, el espaciado de las varillas adicionales debe ser al menos igual a la profundidad de la varilla hincada. Sin un espaciado correcto de los electrodos de tierra física, sus esferas de influencia se intersecarán, y no se disminuirá la resistencia. Para asistirle en instalar una varilla de conexión a tierra física que cumplirá sus requisitos específicos de resistencia, puede utilizar la tabla de resistencias de conexión a tierra física, que aparece a continuación. Recuerde, esto debe utilizarse únicamente como regla general, porque el terreno tiene capas, y raramente es homogéneo. Los valores de resistencia variarán ampliamente.
Diseño del sistema de conexión a tierra física
Los sistemas simples de conexión a tierra física constan de un único electrodo de tierra física hincado en el terreno. El uso de un único electrodo de tierra física es la forma más común de realizar dicha conexión a tierra física, y puede encontrarse fuera de su casa o lugar de trabajo. Los sistemas complejos de conexión a tierra física constante de varias varillas de conexión a tierra física conectadas entre sí, de redes en malla o retícula, de placas de conexión a tierra física, y de bucles de conexión a tierra física. Estos sistemas típicamente se instalan en las subestaciones de generación de energía eléctrica, oficinas centrales y sitios de torres celulares. Las redes complejas aumentan drásticamente la cantidad de contacto con la tierra circundante, y disminuyen las resistencias de conexión a tierra física.
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¿Por qué conectar a tierra física?
Una deficiente conexión a tierra física no sólo contribuye a un tiempo improductivo innecesario, sino que la falta de una buena conexión a tierra física también es peligrosa y aumenta el riesgo de fallos del equipo.
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