UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA FACULTAD DE INGENIERIA SEDE GUAYAQUIL CARRERA INGENIERIA ELECTRICA

SISTEMA DE PUESTA A TIERRA DE LABORATORIOS DE CÓMPUTO BLOQUE C Y D NUEVO CAMPUS

PROYECTO FINAL DE GRADUACION PREVIO A LA OBTENCION DEL TITULO DE INGENIERO ELECTRICO EN POTENCIA Y DISEÑO DE MAQUINAS

RONALD ULISES PARADA ORTIZ DEVIS FERNANDO ORRALA ARIAS

DIRECTOR: ING CESAR CACERES GUAYAQUIL ECUADOR 2010

TRIBUNAL DEL CONSEJO DE CARRERA

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Presidente del Tribunal

Director de Tesis

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Vocal del Tribunal

DECLARACION

Nosotros, DEVIS FERNANDO ORRALA ARIAS, RONALD ULISES PARADA ORTIZ, declaramos bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún grado o calificación profesional; y, que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. A través de la presente declaración cedemos nuestros derechos de propiedad intelectual correspondientes a este trabajo, a la Universidad Politécnica Salesiana según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente Guayaquil, marzo del 2010

Devis Fernando Orrala Arias

Ronald Ulises Parada Ortiz

CERTIFICACION Por medio del presente Proyecto certifico que el trabajo fue desarrollado por Devis Fernando Orrala, Ronald Ulises Parada Ortiz bajo mi supervisión.

Ingeniero Cesar Cáceres DIRECTOR DE PROYECTO

AGRADECIMIENTO

Agradezco primero a Dios que nos dio la vida y la salud para poder concluir esta etapa de nuestras vidas, para así convertirnos en unos profesionales dotados de principios y ética.

A mis padres Carmen Arias Veliz y Gustavo Orrala Pérez que con sus enseñanzas y ejemplos de superación han sido el eje fundamental de todos mis éxitos y triunfos.

A nuestros maestros que han compartido sus conocimientos y experiencias a lo largo de todo este periodo estudiantil para así poder sobreponernos a los diferentes cambios de nuestra profesión.

Devis Fernando Orrala Arias

AGRADECIMIENTO

Con amor y cariño Agradezco primero a Dios que me dio la vida y la salud para poder concluir esta etapa de mi vida, a mi madre Mercedes Ortiz a mi padre Pedro Pablo Parada y a mis hermanos: Paola Parada Ortiz, Erick Parada Ortiz, Romina Parada Ortiz que con profundo cariño y amor han sido el eje fundamental para desarrollarme como persona y como profesional, de igual manera a mis amigos especialmente a Eduardo Vera y Cinthya Gomes que con su apoyo moral, me brindaron toda la seguridad y confianza para conseguir con éxito lo que ahora soy

Ronald Ulises Parada Ortiz

DEDICATORIA

Este proyecto está dedicado a nuestro Padre Celestial, mi familia: A mi madre Carmen Arias Veliz y a mi padre Gustavo Orrala Pérez quien ha sido mi inspiración, por su amor, a mis amigos por su aliento, positivismo y su apoyo moral.

Devis Fernando Orrala Arias

Este proyecto está a dedicado DIOS nuestro Padre Celestial, a mi familia especialmente a mi madre Mercedes Ortiz a mi padre Pedro Pablo Parada y a mis hermanos: Paola Parada Ortiz, Erick Parada Ortiz, Romina Parada Ortiz que día a día ha sido la base y pilar fundamental de mi desarrollo, tanto personal como profesional

Ronald Ulises Parada Ortiz

RESUMEN Como se puede apreciar en los diferentes capítulos se han ido definiendo algunas consideraciones y palabras ya mencionadas que intentan definir el tema, entre ellas tierra física, tierra masa, tierra del circuito, conductor de tierra, conductor de conexión a tierra, conductor del electrodo de tierra, tierra de seguridad, tierra del equipo, protección de tierra, tierra aislada, tierra separada, tierra de señal, tierra de referencia. El manejar apropiadamente estos conceptos es de gran importancia por que el objetivo fundamental de un sistema de puesta a tierra es asegurar la seguridad de las personas, así como también asegurar el cuidado de los equipos eléctricos y componentes electrónicos, ante la presencia de sobre corrientes a tierra mediante la limitación del voltaje a tierra. Adicionalmente se tiene como función principal un buen correcto funcionamiento del sistema eléctrico y por ende una buena operación de los dispositivos de protección, así como también la actuación de los sistemas de supervisión y control los cuales usan los sistemas de tierra como una buena referencia operacional. Adquirir los conocimientos fundamentales y avanzados para realizar labores de diagnostico, inspección y mantenimiento de instalaciones de puesta a tierra de instalaciones eléctricas, son muy importantes motivo por el cual se realizan las auditorias necesarias para analizar con exactitud la situación actual en la que se encuentran los sistemas eléctricos y las conexiones de puesta a tierra, además de darán las posibles soluciones para realizar con seguridad y garantizar un buen funcionamiento de los sistemas eléctricos de potencia. Es evidente que en el diseño y construcción de los sistemas eléctricos de potencia y las conexiones de sistemas de puesta a tierra, se usan las normas y estándares establecidas por el NEC, esto hace que la utilización de los equipos, dispositivos y materiales correspondientes además de contribuir con la seguridad y la calidad, se garantice un buen desarrollo del proyecto sin causar anomalías ni daños a futuro.

INDICE

1.-Sistemas Puesta a Tierra 1.1.- Definiciones 1.2.- Necesidad de conexión a tierra: punto de vista de la seguridad 1.2.1.- Objetivo: 1.2.2.- riesgo asociado a las fallas eléctricas 1.2.3.- efecto de la corriente eléctrica en el cuerpo humano 1.2.4.- rango tolerable de corriente 2.- Puesta a tierra en Salas de Computadoras 2.1.- Objetivos 2.2.- Alimentación Monofásica y Alimentación Trifásica 2.3.-Tierra de Referencia Cero del Sistema 2.4.- Conexión a Tierra para la Operación Confiable de las Computadoras 2.5.- Conexión Neutro a Tierra. 2.6.- Como Detectar un Sistema Neutro-Tierra Incorrecto 2.7.- Selección del Calibre del Cable para Cumplir con las Normas de la Industria de las Computadoras. 2.8.- especificaciones para la unión eléctrica del sistema 2.9.- Carga desequilibrada y sus efectos 2.1.1.- Dispositivos de tratamiento para las líneas que tiene conexión a tierra 2.1.2.- Sobrevoltajes transitorios 2.1.3.- Componente de protección contra voltajes transitorios 2.1.4.- Tubos de gas 2.1.5.- Varistores de oxido metálico (mov) 2.1.6.- Diodo de avalancha de silicio 2.1.7.- Comparación de costos 2.1.8.- Confiabilidad del diseño 2.1.9.- Estándar 1449 2ª.edicion 2.2.1.- Tierra para el protector de sobre voltajes transitorios. 2.3.1.- Sobre corriente a tierra 2.4.1.- Corriente de fuga 2.5.1.- Corrientes de lazo cerrado a tierra 2.6.1.- Fallas intermitentes de red 3.- Auditoria de Sistemas de Puesta a Tierra 3.1.- General 3.1.1.- Esquema General de Auditoría de SPAT 3.1.2.- Levantamiento del Sistema 3.1.3.- Identificación 3.1.4- Lugar de Puesta a Tierra del Sistema 3.1.5.- Identificación de Electrodos. 3.1.6.- Identificación Anillo o Malla de Tierra 3.1.7.- Identificación de Barras de Tierra Enterradas. 3.1.8.- Identificación de Conexiones 3.2.- Informe Técnico de Laboratorios de Computo 3.2.1.- Generalidades. 3.2.2.- Acometida Principal. 3.2.3.- Tablero Principal. 3.2.4.- Panel de Distribución.

11 11 20 20 20 21 21 23 23 23 25 27 29 31 34 35 38 41 45 45 45 46 46 46 46 47 47 49 49 50 50 51 51 51 52 52 53 53 54 54 54 55 55 55 55 55

3.2.5.- Circuitos Derivados. 3.2.6.- Informe Técnico Laboratorio 1 3.2.7.- Informe Técnico Laboratorio 2 3.2.8.- Informe Técnico Laboratorio 4-5-6-7-8 3.3.- Pruebas realizadas en campo. 4.- Diseño de Puesta a Tierra de los Laboratorios de Computo. 4.1.- Antecedentes. 4.1.2.- Barra Equipotencial de Puesta a Tierra. 4.1.3.- Aplicaciones. 4.1.4.- Instalación. 4.1.5.- Material para instalación de la barra Equipotencial 4.2.- Trasformador de Aislamiento. 4.2.1.-Acoplamiento Capacitivo 4.2.2.- Ruido de Modo Común 4.2.3.- Ruido de Modo Normal 4.2.4.- Condensadores de Derivación 4.2.5.- Concepto del Sistema 4.2.6.- Criterios de Aplicación General 4.3.- Dimensionamiento de los KVA del panel de Aislamiento. 4.4.- Presupuesto 4.5.- Sistema de Piso Falso Conclusiones Recomendaciones Anexo 1 Anexo 2 Anexo 3 Anexo 4 Anexo 5 Anexo 6 Anexo 7 Anexo 8 Anexo 9 Anexo 10 Anexo 11 Anexo 12 Anexo 13 Anexo 14 Anexo 15 Anexo 16 Anexo 17 Anexo 18 Referencias Bibliográficas

55 56 57 58 59 62 62 63 65 65 66 67 67 68 70 72 74 74 75 75 76 78 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 90 91 92 93 94 95 96 97 106

CAPITULO I Introducción El presente capitulo tiene como objetivo el brindar los conocimientos necesarios para un mejor entendimiento de las temáticas a referirse durante los capítulos posteriores a este. Los temas de conexión a tierra generalmente son difíciles, no por los conceptos intrínsecos de la materia, si no principalmente debido a la interpretación errónea y a la gran cantidad de términos usados en publicaciones y artículos técnicos, libros y otras publicaciones sobre el tema. El manejar apropiadamente los conceptos es de importancia fundamental porque el objetivo primario de un sistema de puesta a tierra es asegurar la seguridad de personas e instalaciones ante la presencia de sobre corrientes a tierra mediante la limitación del voltaje a tierra. Adicionalmente como función, se tiene la operación a apropiada de los sistemas de protecciones eléctricas, así como los sistemas de supervisión y control los cuales usan los sistemas de tierra como referencia operacional.

1.- SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA PARA BAJA FRECUENCIA 1.1.- Definiciones Un sistema completo de tierra en una instalación eléctrica consta de tres componentes principales: Tierra Física, tierra del circuito y tierra del Equipo.

Figura 1.1. Tierra física Se conoce también como sistema de electrodos de tierra. Es la conexión física entre un sistema eléctrico y un sistema de electrodos de tierra. Incluye el sistema del electrodo de tierra y las conexiones necesarias para realizar conexiones efectivas de tierra Un sistema de electrodos de tierra o tierra física puede consistir en una varilla, tubería u otro electrodo aprobado por los códigos y normas. Es el sistema el cual se encuentra dispuesto en forma subterránea bajo el nivel del suelo y en contacto directo con la tierra Tierra del Circuito: Es el conductor conectado a tierra como por ejemplo el neutro del circuito. Tiene como función, en caso de un cortocircuito o falla a tierra, de transportar la corriente desde el sistema eléctrico hasta el electrodo de tierra o tierra física. Tierra del Equipo: Se denomina también tierra de seguridad. Está destinada a la protección del personal y el equipo contra fallas o cortocircuitos. Interconecta las partes metálicas de los equipos, que usualmente no acarrean corriente y así permiten mantenerlos a una referencia cero “0 “ o plano equipotencial. En algunos países, como España, se le denomina “masa “para diferenciarlo de la tierra física

Figura 1.2. Tierra de protección contra rayos. Es un sistema separado que según la sección 250 el código eléctrico nacional debe interconectarse al sistema de tierra de la planta o del edificio. El sistema de tierra asociado a pararrayos lo rige el código de protección contra rayos, NFPA- 780 y otras normas tales como la IEC-61024. Las metodologías de diseño deben considerar los aspectos dinámicos que el rayo impone a través de los acoplamientos resistivos, capacitivos e inductivos. La función específica del sistema es actuar como interface para drenar la energía del rayo a tierra manteniendo en valores seguros los voltajes de toque y de paso que se generan Los sistemas de tierra asociados a pararrayos deben interconectarse con los sistemas de tierra para 60 Hz de forma que se conforme un plano equipotencial en presencia de la descarga atmosférica. Conductor Conectado a Tierra:

Figura 1.3. Código eléctrico nacional sección 250 250-28. Puente de union (MAIN BONDING JUMPER) También se conoce como conductor neutro Según el NFPA-70(NEC-EEUU) es la referencia a tierra del sistema ya que se conecta a tierra en el transformador de la empresa de suministro y se trae corrido al equipo de servicio a la entrada de la planta o del edificio. En este punto se establece la unión neutra- tierra (interconexión), a través de la barra de tierra del tablero. Este sistema tiene la función de transportar la corriente de retorno del conductor de fase para un sistema monofásico, sistema monofásico de tres hilos o servir como retorno para las corrientes de fase que no se cancelaron en un sistema trifásico. El artículo 250-25 del CEN establece que en instalaciones eléctricas de c.a se pondrá a tierra el conductor que se especifica a continuación: • • • • •

Sistemas monofásicos de los hilos: Un conductor Sistemas monofásicos de tres hilos: el conductor neutro Sistemas polifásicos que tienen un conductor común a todas las fases: El conductor común. Sistemas polifásicos que requieren tener una fase a tierra: El conductor de una fase. Sistemas polifásicos en los cuales se utiliza una fase como en el punto (2): El conductor neutro

Figura 1.4.Tierra Aislada:

Al inicio de los años 1970 grandes e importantes empresas en los EEUU experimentaban señales de ruido eléctrico e interferencias de alta frecuencia en los conductos que protegían los cables de señales o servían de conductores de tierra. Por ese motivo se invento otro conductor de tierra, como cable separado, distinto del cable de seguridad, con la exclusiva función de proporcionar una tierra libre de ruido, separado de la tierra contaminada o “tierra sucia “de la instalación

El termino originalmente usado para identificarla, denominado (Tierra Aislada) es el que ha permanecido en los términos de la industria, sin embargo el mismo ha causado confusión o errores en la interpretación y aplicación. Aunque también se le conoce como “tierra dedicada “prevalece el nombre de tierra aislada. Este sistema ofrece una tierra esencialmente libre de ruido eléctrico y su aplicación primordial es para equipos sensibles, tales como salas de computadoras, telecomunicaciones y salas de supervisión y control La aplicación de este sistema ha causado caos en la implantación de sistemas de tierra porque usualmente el tratamiento dado, es aplicarlo como un sistema de tierra separado de la tierra del edificio.

Conductor de Puesta a Tierra: Un conductor que se usa para conectar un equipo o el circuito puesto a tierra de un sistema de alambrado a uno o varios electrodos de puesta a tierra. Conductor de Puesta a Tierra de los Equipos: El conductor que se usa para conectar las partes metálicas de los equipos que no transportan corriente, las canalizaciones u otras cubiertas, al conductor puesto a tierra del sistema, al conductor del electrodo de puesta a tierra, o ambos; en el equipo de acometida o en la fuente de un sistema derivado separadamente. Corriente de Tierra: Corriente que fluye por el suelo. O desde / hacia el suelo o en una conexión a tierra. Corriente de Falla a Tierra: Conexión no intencional entre el conductor de un circuito aislado de tierra y los elementos conductores que normalmente no trasportan corriente, tales como cerramientos metálicos. Electrodo de Conexión a Tierra:

Figura 1.5. Código eléctrico nacional sección 250 250-53. Electrodo del sistema de puesta a tierra Electrodo insertado en el suelo y cuya función es realizar la interface para colectar o disipar la corriente de falla a tierra en el suelo. Elevación del potencial de tierra (GPR): Máxima elevación de potencial que experimenta una red de tierra o un sistema de electrodos de tierra en una subestación referido a una tierra remota. El GPR se expresa como: Gpr = I F * Z g Donde: I F = Corriente de falla Z g = Impedancia del sistema de electrodos de tierra En condiciones normales los equipos eléctricos operan cerca del potencial cero de la tierra remota y en condiciones de falla la corriente circulante causa la elevación de potencial respecto a la tierra remota.

Puente: Unión permanente de partes metálicas para formar un elemento eléctrico conductor que asegure la continuidad eléctrica y la capacidad para conducir con seguridad cualquier corriente que pudiera pasar. Puente de Unión: Conductor, reconocido como seguro, para proporcionar la seguridad eléctrica requerida entre partes de metal que haya de ser conectadas eléctricamente. Puente Unión de Equipo: La conexión entre dos o más partes de un conductor de puesta a tierra de equipos. Puente de unión principal: La conexión entre el conductor puesto a tierra del circuito y el conductor de puesta a tierra de equipos, en la acometida. Electrodo Auxiliar de Tierra: Un electrodo de tierra el cual dispone de ciertas restricciones de diseño u operativas. Puede tener funciones distintas a la de conducir la corriente de falla a tierra. Por Ej. Puede servir como punto de unión equipotencial para tierra de sistemas y equipos electrónicos.

Tensión Respecto a Tierra: En los circuitos puestos a tierra, es la tensión entre un conductor dado y el punto o el conductor del circuito que esta puesto a tierra. En los circuitos no puestos a tierra es mayor la tensión entre conductor dado y cualquiera de los otros conductores del circuito. Malla de Tierra: Un sistema de electrodos artificiales de tierra que consiste en un número de conductores dispuestos en forma horizontal sobre o enterrados en el suelo e interconectados entre sí formando una malla con la función de proveer una conexión a tierra en forma común para dispositivos eléctricos o estructuras metálicas, usualmente en un sitio especifico. Las mallas de tierra instaladas cerca de la superficie del suelo son efectivas para controlar los gradientes superficiales de potencial.

Retícula de Malla a Tierra:

Figura 1.6.Reticula de malla tierra:

Uno de los espacios abiertos rodeados por los conductores de la malla a tierra Electrodo Vertical de Tierra: Electrodos de tipo jabalina constituidos típicamente con material de acero recubierto con cobre (tipo coperweld), acero galvanizado en caliente o acero inoxidable. Pozo de Tierra: Un hoyo con un diámetro mayor que el electrodo vertical insertado, excavado a una profundidad específica y rellenada con un material altamente conductivo. El relleno deberá estar en contacto directo con el suelo.

Conexión a Tierra de Alta Resistencia: Consiste en intercalar en forma intencional una resistencia entre el punto neutro y el sistema de electrodos de tierra con el objeto de limitar la corriente de falla a tierra de forma que puede fluir por un periodo extenso de tiempo sin causar daños mayores. El nivel de corriente es comúnmente de 10 o menos. Conexión a Tierra de Baja Resistencia: Sistema conectado a tierra en el cual se inserta una resistencia de bajo valor óhmico entre el neutro y el sistema de electrodos de tierra de manera tal que se permita circular una corriente de falla de magnitud suficiente para lograr la operación de los sistemas de relés de sobre corriente. Reactancia a tierra: Conexión a tierra mediante impedancia en la cual elemento principal es una reactancia inductiva. Resistencia de Tierra: Conexión a tierra mediante impedancia en el cual el elemento principal es una resistencia

Figura 1.7. Sistema de puesta a tierra Consiste en todas las interconexiones de tierra que pueden ser encontradas en un área específica. Resistencia de Conexión a Tierra: Valor óhmico medido entre un sistema de electrodos de tierra y un electrodo de referencia de impedancia cero ubicado en forma remota. Normalmente se asume la expresión “remota” la ubicación en el cual la resistencia mutua entre dos electrodos es esencialmente cero.

Resistencia Mutua de Sistemas de Electrodos de Conexión a Tierra: Es igual al cambio de voltaje experimentado por uno de los electrodos producidos por el cambio de un (1) ampere en el otro. Se expresa en ohmios (Ω) Potencial Eléctrico

Figura 1.8. Potencial Eléctrico Diferencia de potencial entre un punto y alguna superficie equipotencial, usualmente la superficie del suelo, la cual es arbitrariamente definida como de potencial cero (tierra remota). Un punto a mayor potencial que la superficie cero es definido como “potencial positivo” Un punto de menor potencial se dice que tiene “potencial negativo”

Voltaje de Toque:

Figura 1.9. Voltaje de toque Diferencia de potencial entre una estructura metálica y un punto sobre la superficie de la tierra separada por una distancia horizontal en forma de normal de aproximadamente un metro 1(m)

Voltaje de Paso:

Figura 1.9. Voltaje de paso

Diferencia de potencial entre dos puntos sobre la superficie del terreno separadas entre sí por una distancia aproximada de un paso, el cual será asumido de un metro, en dirección del máximo gradiente de potencial. Resistividad de un Material: La resistividad es la propiedad de un material y se define como su impedancia característica. En sistemas de puesta a tierra es la impedancia característica del suelo en la cual se encuentra ubicado el electrodo de tierra. Se expresa en Ω-m

1.2.- Necesidad de Conexión a Tierra: Punto de Vista de la Seguridad 1.2.1.- Objetivo: Limitar la tensión entre la persona y las partes metálicas en un momento dado, de modo que actúen las protecciones eléctricas y se minimice el riesgo de shock eléctrico. PROTEGER A LAS PERSONAS PROTEGER LOS SISTEMAS 1.2.2.- Riesgo Asociado a las Fallas Eléctricas En los sistemas eléctricos, industriales, comerciales y residenciales en Ecuador las consideraciones de diseño de la red deben tomar en cuenta no solamente los aspectos operacionales requeridos por la instalación. En el diseño son de obligatorio cumplimiento los requerimientos de seguridad para conexiones y puesta a tierra previstas en el artículo 250 y otros relacionados de manera que durante la operación del sistema eléctrico se asegure la integridad física de las personas e instalaciones expuestas ante un evento de falla a tierra. La seguridad del sistema eléctrico ante fallas a tierra es determinado por la magnitud de corriente de falla que circula por el sistema de electrodos a tierra y por los circuitos que actúan como retornos y como divisores de la corriente de falla. La magnitud de corriente de falla a tierra es determinada principalmente por: •

Potencia de cortocircuito a tierra del sistema eléctrico

•

Conexiones de los transformadores

•

Método de conexión a tierra del neutro

•

Calidad de la interface neutro del sistema eléctrico – sistema de electrodos de tierra

•

Capacidad del sistema de electrodos de tierra para mantener en valores seguros los gradientes de potenciales de toque y de paso.

1.2.3.- Efecto de la Corriente Eléctrica en el Cuerpo Humano Voltajes de Toque y de Paso El propósito de un sistema de conexión a tierra es proveer un camino de baja impedancia de contacto eléctrico entre el neutro de un sistema eléctrico y el suelo. Idealmente, el potencial eléctrico del neutro en un sistema trifásico deberá ser el mismo que el del suelo. En este caso los humanos y los animales están en condiciones seguras al efectuar contacto con estructuras metálicas conectadas a tierra. Desafortunadamente, la impedancia del sistema de conexión a tierra siempre es un número finito. De esta manera el potencial de las estructuras conectadas a tierra pueden ser diferentes que el potencial de otros puntos dispuestos sobre la superficie del suelo durante condiciones de funcionamiento anormales. Las condiciones de funcionamiento anormal incluyen operación desbalanceada del sistema o de fallas a tierra. Dependiendo del nivel de la diferencia de potencial entre los puntos sobre el suelo y las estructuras conectadas a tierra puede generarse condiciones de riesgo para las personas. Estas condiciones pueden resultar en dos posibilidades distintas: (a) Una persona en contacto con una estructura conectada a tierra la cual está a un potencial diferente del punto sobre el suelo en el cual se encuentra la persona. En este caso el individuo está expuesto al voltaje el cual será generado por la corriente que circulara a través de su cuerpo. El voltaje al cual la persona bajo estas condiciones está expuesto es denominado Voltaje de Toque (b) Una persona caminando sobre el suelo de una instalación en la cual existen potenciales distintos experimenta un voltaje entre sus pies. En este caso el voltaje al cual la persona está expuesta se denomina Voltaje de Paso 1.2.4.- Rango Tolerable de Corriente Los efectos de una corriente eléctrica circulando por las partes vitales del cuerpo humano dependen de la duración, magnitud y frecuencia de esta corriente. La consecuencia más peligrosa de una explosión a una descarga eléctrica es la condición del corazón conocida como fibrilación ventricular, lo cual resulta en una anomalía de funcionamiento del órgano traducida en una inmediata paralización de la circulación de la sangre. También el cuerpo humano puede sufrir otros efectos fisiológicos menos severos tales como contracciones musculares, quemaduras externas e internas, entre otras la severidad de los efectos fisiológicos depende de la duración de la descarga eléctrica,

pero también depende de las características del cuerpo humano y del ambiente, por Ej.: la humedad.

Figura 1.10. Zona de tiempo/intensidad de los efectos de corriente alterna (15 a 100 Hz) sobre las personas En la figura se muestran los resultados de investigaciones efectuadas por IEC y publicados en el documento IEC-60479. La grafica muestra que el riesgo de la persona a sufrir contracciones musculares o fibrilación ventricular se incrementa en forma proporcional al tiempo de exposición a la corriente eléctrica. Zona 1: 0.5 mA Percepción sin problemas. Corresponde a una circulación de corriente por el cuerpo con una duración limitada. Zona 2: No existen efectos fisiológicos dañinos o peligrosos para valores de corriente por debajo de la línea punteada B Zona 3: Zona entre línea B y curva C1 Generalmente no existe daño orgánico pero los efectos de contracciones musculares y otras sensaciones son significativas y pueden llegar a ser molestas. Curva C1- Zona de 30mA: Limite de quiebre. Es posible mantener de forma indefinida la circulación de una corriente de 30mA de magnitud de corriente con riesgos bajos de arritmias cardiacas o que ocurra fibrilación ventricular. Zona 4 (A la derecha de la curva C1): Existen efectos fisiológicos, tales como contracciones musculares severas, arritmias cardiacas y quemaduras severas.

La posibilidad de la fibrilación ventricular se distribuye como: Aproximadamente 5% entre curvas C1 y C2 Menor al 50% entre curvas C2 y C3 Mayor del 50% por encima de la curva C3

CAPITULO II 2.- Puesta a Tierra en Salas de Computadoras Introducción En este Capítulo se analizara el verdadero significado de la tierra separada o tierra dedicada, es decir la referencia cero del circuito. Asimismo, se estudiaran, resolverán los problemas típicos de alimentación y tierra en los sistemas que alimentan salas de computadoras y equipo electrónico sensible. El ingeniero responsable de las operaciones y acciones correctivas podrá tomar decisiones con más confianza para lograr una operación confiable de la instalación. En este proyecto se trataran los sistemas de procesamiento de datos, y los problemas más típicos en esta clase de instalaciones. 2.1.- Objetivos  Determinar el ambiente eléctrico necesario para el buen funcionamiento de los equipos de procesamiento de datos.  Analizar el diseño Arquitectónico del piso flotante  Determinar la calidad del sistema a tierra en una sala de computadoras  Calcular el tamaño del conductor neutro para cargas no lineales  Calcular el voltaje neutro - tierra ideal para la protección contra ruidos eléctricos  Determinar los requisitos para los dispositivos de tratamiento de línea  Analizar los sobre voltajes transitorios y medidas de protección  Analizar las tecnologías de protección para equipos electrónicos sensible  Definir, analizar y seleccionar el dispositivo de protección frente a transitorios: varistores de oxido metálicos, diodos de avalancha de silicio y sistemas híbridos  Ejecutar una conexión correcta a tierra de los dispositivos de protección

2.2.- Alimentación Monofásica y Alimentación Trifásica Casi siempre, la alimentación comercial se genera y distribuye en forma trifásica debido a su desempeño y ventajas. Los motores trifásico tienen mejor potencia de arranque, operan mas silenciosamente, son más eficientes y son menores que los motores monofásicos del mismo caballaje. Incluso son más baratos. Las aplicaciones de las fuentes de energía monofásicas se limitan a sistemas de alumbrado, calefacción enseres eléctricos pequeños e instrumentos electrónicos pequeños como radios, televisores, calculadoras y relojes. Por estas consideraciones, la alimentación monofásica es típicamente suministrada a residencias, comercios pequeños y otros sitios donde no se requieren cargas mayores. Algunas conexiones típicas y fase y puntos de conexión a tierra los muestra la figura 2.1 Estas son las diferentes configuraciones de transformadores para varios tipos de servicios. El tipo monofásico normal para residencias de 120/240 V puede

complementarse con una terminal de alto voltaje de otra fase. Este conductor comúnmente se identifica con el color naranja.

Figura 2.1 Conexiones de transformadores

2.3.-Tierra de Referencia Cero del Sistema

La expresión “tierra del sistema” empleada en este capítulo se refiere a un cable o alambre aislado, se parado y dedicado que tiene asilamiento color verde o verde con rayas amarillas, que está conectado a tierra y se instala para computadoras y equipos que cuentan con microprocesadores. Este conductor de conexión a tierra también es un conductor para la seguridad, lo cual se ilustra en la figura 2.2

Figura 2.2. Un receptáculo de tierra aislada, especifica, libre de ruidos. También se muestra la tierra del equipo como conducto metálico.

El propósito de este “sistema” a tierra es proporcionar un sistema “limpio”, libre de ruidos (interferencia electromagnética), de referencia cero de tierra para las fuentes de alimentación cd y datos en los sistemas ya comentados. La sección 250-146(d) y la sección 384-20 del Código Eléctrico Nacional permiten que un conductor de puesta a tierra de equipo se instale desde el punto de unión neutro/tierra (equipo de servicio o Terminal Xo de una fuente derivada separadamente) hasta el equipo, o a los receptáculos aislados a tierra para el equipo. Este conductor de tierra aislada debe instalarse con los conductores del circuito, el conductor neutro y el conductor tierra de seguridad y podrá pasar o cruzar a través del tablero o panel de control como se describe en las secciones de arriba citadas y en la sección 250-96(b). El conductor de tierra del sistema no se conecta al conducto o tableros de distribución secundarios por los cuales se desplaza, sino que solo termina en los bloques principales “aislados”, en el cable aislado principal de tierra u otra “tierra aislada” o receptáculo, en la tierra asilada (lógica) del equipo y en el punto único de unión de la fuente de energía. Véase la figura 2.3.

Figura 2.3. Tierra aislada

La tierra de seguridad también debe instalarse y conectarse como se requiere para fines de seguridad; por ejemplo, en una tierra dúplex aislado, el contacto redondo del receptáculo se conecta a la terminal flexible aislado de tierra en la parte posterior del receptáculo. El tornillo que sostiene la lámina frontal del receptáculo se conecta a la tierra de seguridad por medio de los sujetadores de montaje del receptáculo y a la caja de metal donde se monta el receptáculo. Si se usa una caja de plástico se debe utilizar un conductor de tierra de seguridad y este debe extenderse junto con el conductor de fase, el neutro y los conductores de tierra aislados. Además, debe fijarse a los sujetadores de montaje del receptáculo parta “conectar a tierra” la mina frontal.

2.4.- Conexión a Tierra para la Operación Confiable de las Computadoras El concepto de punto único de conexión a tierra se ha establecido como estándar para realizar la conexión a tierra para equipo electrónico sensible. 2.4.1- Es de suma importancia establecer un punto único de referencia de tierra para lograr la confiabilidad de un equipo y una satisfactoria operación de los sistemas de cómputo y otros modernos sistemas electrónicos. La confiabilidad y operación de un sistema computarizado mejorara utilizando esta técnica, la cual se basa en el mejoramiento de un plano equipotencial para todos los equipos y así evitar diferencias peligrosas de voltaje que puedan afectar el buen funcionamiento del equipo electrónico. Es un hecho que algunos sistemas no operan sino se cuenta con esta técnica. La acometida del edificio debe ser la referencia inicial para el sistema de un solo punto a tierra. Es aun más conveniente establecer un punto único de unión neutro (tierra) para el sistema computarizado, ya sea en el dispositivo de tratamiento de potencia del sistema o en el secundario del transformador reductor (figura 1.4) 2.4.2.- Siempre es necesaria la instalación de un transformador de aislamiento tan cerca de la computadora o sistema de procesamiento de datos como sea posible debido a la impedancia que presentan los conductores largos, lo que genera diferencias de potencial a lo largo del conductor y como consecuencia presenta ruidos eléctricos e interferencia que afectan los equipos electrónicos. Esta fuente derivada separadamente aísla al sistema eléctrico de los ruidos en el sistema de alimentación del edificio. Se recomienda que el sistema de tierra del equipo electrónico de la sala de computadoras, que está instalado en el secundario del transformador se conecte al sistema de tierra del edificio. Esto se hace para establecer un cortocircuito entre los sistemas de tierra y mantener así todo el sistema al mismo potencial ante la eventualidad de descargas atmosféricas u otros efectos causados por corriente de tierra. En la figura 2.4 se muestra el secundario del transformador ubicado cerca del equipo de procesamiento de datos; el secundario se conecta a tierra en un punto único y los equipos se conectan a este punto, que puede ser ubicado en el transformador o en un tablero secundario. En muchos casos el fabricante de un equipo electrónico especifica un sistema “dedicado” a tierra el cual se refiere al sistema denominado tierra aislada, especificado antes. En sus instrucciones de instalación del sistema incluye diagramas parta la conexión de dos sistemas de tierra: la “tierra de seguridad” y la “tierra aislada”, aunque solo incluyen una sola Terminal o accesorio eléctrico de conexión, en la armadura del equipo. Esta única Terminal incluida en el equipo del fabricante es común para os circuitos de tierra (el de seguridad y el de tierra asilada); si ambos conductores de estos sistemas se conectan se conectan a esta Terminal la conexión de “tierra aislada” se perdería completamente. La tierra aislada es la tierra de referencia para la lógica digital y la mantiene libre de ruidos eléctricos. El propósito es mantener los equipos eléctricos protegidos de los ruidos eléctricos producidos en los bucles de tierra y múltiples conexiones a tierra...

Si la armadura metálica del equipos e fija al piso de concreto por medio de un perno y este hace contacto con la barras de refuerzo en el concreto, como en ocasiones sucede entonces se crea una trayectoria adicional. En este caso, lazos cerrados de corriente de tierra pueden causar ruidos eléctricos que anularían por completo las ventajas de la “tierra aislada”. El calibre del cable es crucial para los modernos circuitos electrónicos. El conductor de la “tierra del sistema” debe ser continuo. De calibre completo, con aislamiento y con foro aislante de color verde. 2.4.3.- Cuando el forro aislante de color verde se usa para la tierra de seguridad, debe utilizarse un aislamiento de color verde con rayas amarillas para la “tierra del sistema”. Un “solo calibre” significa un conductor de cobre de un calibre mínimo AWG #8 o del mismo calibre que los conductores portadores de corriente (conductores de fase). Los conductores de conexión a tierra especificados por el Código Eléctrico Nacional pueden ser tan pequeños como 1/11 de la capacidad de los conductores de fase. 2.4.5.- Para las aplicaciones en sistemas electrónicos modernos, el conductor de tierra del sistema se usa como señal de referencia cero para toda la lógica digital y la fuente de alimentación de cd de la computadora. Los circuitos de lógica de las computadoras, de bajo-nivel y a alta velocidad, requieren una impedancia baja y una referencia a tierra libre de ruidos eléctrico. Cuanto más grande sea el calibre del conductor de tierra del sistema, más baja será la impedancia de retronó al sistema de conexión a tierra del edificio. Cuanto más baja sea la impedancia la lógica será más pura (libre de ruidos eléctricos). El resultado es un mejor funcionamiento del sistema. 2.4.5.- Ningún sistema computarizado puede operar eficientemente sin un sistema a tierra de baja impedancia. Un sistema mecánico de tierra que usa conductos y paneles con conexiones deficientes no es totalmente satisfactorio. Si la seguridad fuese el único factor de preocupación, cualquier trayectoria metálica a tierra seria la satisfactoria. Los conductos de edificios se adhieren a las normas del código en cuanto a requisitos de seguridad, pero su utilización es inaceptable como tierra para equipos electrónicos. El conducto en los edificios es una tierra mecánica y su calidad depende completamente de la integridad de sus conexiones. Esta integridad está en función del ajuste de las conexiones, lo que varia con la edad de la instalación, los movimientos del edifico y los cambio de temperatura del conducto y del inmueble. Cuando las conexiones se degradan, causan tanto un efecto directo sobre la lógica de referencia de tierra, como sobre la tierra de seguridad, además de afectar la confiabilidad de la operación del sistema electrónico. 2.4.6.- La utilización de un conductor de conexión a tierra, de calibre adecuado informe, aislado, separado y dedicado, puede aumentar el calibre del conducto y el costo del trabajo, por eso es el único método aceptable para asegurar la confiabilidad y el funcionamiento del moderno equipo electrónico computarizado.

Figura 2.4. Punto único de conexión a tierra para sala de computadoras

2.5.- Conexión Neutro a Tierra. Los conductores de conexión a tierra y neutro deben unirse conjuntamente en un solo punto. Idealmente este punto seria el secundario de un transformador reductor o de un transformador de aislamiento, que este situado dentro o inmediatamente adyacente al equipo electrónico de cómputo. La segunda opción sería el centro de distribución de alimentación adyacente a la sala de computadoras. El neutro nunca debe conectarse a tierra en un tablero secundario. Además, esto constituye una violación del Código Eléctrico Nacional. La conexión de neutro a tierra en un tablero secundario crea un lazo de tierra en el circuito de alimentación, lo que inyecta ruido directamente a la computadora y su instalación eléctrica periférica. La figura 2.5 ilustra una conexión correcta. En este caso el neutro conduce la corriente de retorno de fase y no existe ninguna corriente del neutro a tierra. Cuando la barra colectora neutral se conecta a tierra en un tablero secundario (figura 2.6) la corriente neutral de retorno se divide en esta conexión, o corto y fluirá en ambos conductores: en el neutro y en el de conexión a tierra y también posiblemente en el conducto. Como resultado se producirán ruidos eléctricos de tierra y se creara posiblemente, un severo peligro en cuanto a seguridad. La corriente que fluye en los conductos puede desarrollar voltajes peligrosos a tierra que son un gran riesgo para el personal. 2.5.1.- El neutro nunca debe conectarse a la armadura del equipo y la corriente de retorno nunca debe fluir por los conductores de conexión a tierra. Los equipos aprobados o listados por los laboratorios UL nunca permiten que las corrientes fluyan en los conductores de conexión a tierra. Algunos productos, debido a las características de los filtros de las líneas de alimentación, desarrollan pequeñas corrientes de fuga a tierra. La falla de estos filtros o falla del supresor de voltaje de modo común, puede generar una corriente peligrosa a tierra. Los neutrales y las tierras nunca deben conectarse en forma de cadena. Es decir, nunca se debe compartir ni el conductor neutro ni el conductor de tierra. El alambrado de cada circuito dentro del tablero de distribución, así como en cada receptáculo o unidad de equipo alimentado por el debe hacerse de tal forma que no se compartan ni el conductor neutro ni el conductor de conexión a tierra, con cualquier otro circuito, receptáculo o equipo. El hecho de compartir neutro o tierras, estando conectados los equipos al mismo conductor, se transfieren y comparten

problemas entre equipos. Al compartir conductores también aumentan los problemas individuales de cada equipo dentro de un sistema computarizado.

Figura 2.5. Control de flujo de corriente cuando la barra neutral se conecta a tierra en el tablero principal o de servicio.

Figura 2.6. La unión del conductor neutro a la cubierta del equipo (tierra) en un tablero secundario produce un flujo de corriente sin control, por lo que existen múltiples trayectorias de retorno para ala corriente de fase.

2.6.- Como Detectar un Sistema Neutro-Tierra Incorrecto 2.6.1.- La relación del voltaje entre los conductores neutro y de tierra puede ser un buen indicio de la calidad del sistema de tierra. En una instalación de alto grado, todas las conexiones de alambrado son de mínima resistencia y su cantidad se mantienen en un mínimo. La unión del conductor neutro a la cubierta del equipo (tierra) en un tablero secundario produce un flujo de corriente sin control, por lo que existen múltiples trayectorias de retorno para la corriente de fase. Supuestamente el conductor de tierra nunca transporta corriente o está destinado a transportar corriente. Si el conductor neutro porta corriente, habrá un voltaje generado entre este y los conductores de tierra, que representa una caída de voltaje en el conductor neutro. Con una unión apropiada neutro-tierra, no existe corriente en el conductor de conexión a tierra, una medición hecha entre el conductor neutral y el conductor a tierra, por ejemplo en un receptáculo o en un tablero secundario mostrara el voltaje desarrollado, desde ese punto en el conductor neutro al punto de unión neutro-tierra. El voltaje es el producto por la cantidad de corriente del conductor neutro, multiplicada por la resistencia del conductor neutro, más cualquier otra conexión resistiva entre los puntos de unión neutro-tierra y el punto de medición. La

figura 2.7 representa los resultados de una unión neutro tierra incorrecta. En la grafica puede observarse picos de energía que exceden los 23 volts de pico a pico. Por ejemplo: se supone que un conductor neutro formado por 30 metros (100pies) AWG #12 de cobre que transporta una corriente senoidal de 5 amperios. El voltaje de neutro a tierra será la impedancia será la impedancia de 30 m (100 pies) de # 12 de alambre de cable de cobre (0.17 ohms) usando la columna “Z efectiva” a 0.85 FP, figura 12-8 (tabla 9 del Código), multiplicada por la corriente (5 amperios) V = IZ = 5x0.17 = 0.85 volts rms Si se toma una medición real el punto de 30m (100 pies, usando una lectura real de rms del voltímetro) y el resultado del valor de voltaje es demasiado alto (superior a 2 volts, por ejemplo) puede existir una falla de conexión de alta resistencia o una conexión floja en el conductor neutro. Si el resultado de la medición es muy bajo (menor a 0.85 mili volts, por ejemplo) el neutro y la tierra pueden estar tocándose (en cortocircuito) en algún punto más cercano al neutro que al punto de unión neutro tierra. Se llega a esta conclusión si se supone que la corriente se conoce; en este caso se considera de 5 amperios. Un voltaje neutro-tierra alto puede interrumpir súbitamente las operaciones y causar errores de datos al sistema electrónico cuando esta señal de ruido de voltaje se acopla a la fuente de alimentación de cd. La fuente de alimentación puede tener capacitores de acoplamiento que están conectados entre la tierra de voltaje cd de referencia y el conductor a conexión a tierra de voltaje de ca, para reducir el ruido de salida de cd. La tierra de referencia de voltaje (referencia cero para lógica) también esta acoplada al conductor neutro por medio de la capacitancia a través de los diodos en los rectificadores y la capacitancia de devanado del transformador de alta frecuencia en la fuente de alimentación conmutada de cd.

Figura 2.7. Medida de voltaje neutro tierra con un osciloscopio

Cualquier frecuencia de ruido presente entre los conductores neutros y tierra en el lado del voltaje de ca de la fuente de alimentación cd, puede acoplarse a través de estas capacitancias a la señal de salida de cd que alimenta a los circuitos integrados (CI) del equipo electrónico. Los fabricantes de equipo electrónico especifican un máximo voltaje neutro-tierra para sus respectivos equipos. Puede estar especificado en rms volts, como por ejemplo 0.5 Vrms, o el voltaje de pico a pico, por ejemplo 2 Vpp. El diseño del sistema de distribución para cualquier equipo electrónico debe considerar la última cifra mencionada y el calibre del cable neutro tendrá que escogerse para asegurar una caída de voltaje de menos de 2 volts, de pico a pico, en el punto de instalación del equipo. Dos volts pico a pico es igual 0.7 volts rms de acuerdo con la formula. Para el siguiente Vpp = Vrms x 2.828 Vrms = Vpp/2.828 Vrms = 2/2.828 = 0.7V Para el siguiente ejemplo la medida de 0.85 Vrms se convierte en: Vpp = 0.85x2.828 = 2.4V Si los 30 m (100 pies) de conductor de AWG #12 Esta transportando su corriente limite, 20 amperios el voltaje de pico a pico seria: Vpp = 20x0.17x2.828 = 9.6V En este caso la impedancia debe reducirse para que produzca un voltaje neutro-tierra aceptable. Con el fin de lograr un voltaje neutro tierra inferior de 2 Vpp en nuestro ejemplo, la impedancia debe ser menor que: Z = 2/(20x2.828) = 0.035 ohms Existen tres posibilidades para reducir la impedancia a 0.035 ohms: 1. Aumentar el calibre neutro y por lo tanto reducir la impedancia. En la tabla de figura 1.8 encontramos que sería necesario instalar un neutro AWG #4, el cual tiene una impedancia de 0.029 ohms para cada 30 m (100 pies) 2. Disminuir la longitud del alambre calibre AWG # 12 a 6 m (20 pies), tendría una impedancia total de 0.034 ohms. Esto se puede hacer instalando una “fuente derivada separadamente” cerca del equipo. Las posibilidades serian un transformador de aislamiento, un transformador reductor, una unidad de distribución de alimentación (con un transformador interior), etc. 3. Combinando las posibilidades 1 y 2.

Anexo 1.xls

2.7.- Selección del Calibre del Cable para Cumplir con las Normas de la Industria de las Computadoras. La especificación de voltaje neutro-tierra, que establece un voltaje inferior a 2 volts pico a pico, puede ser difícil de obtener. Este voltaje resulta de la corriente que fluye en el conductor neutro y es producto de ella y de la resistencia del alambre. 2.7.1.- El balance adecuado de las cargas polifásicas reducirá la corriente en el neutro Esta no es una poción para un circuito monofásico. En este circuito la resistencia debe reducirse mediante el uso de alambres de longitud más corto o de mayor calibre, números pequeños de calibre AWG. Los tramos largos de cable requieren aumentar el calibre del conductor neutro en el diseño a medida que aumenta la distancia. La resistencia conocida de los alambres de cobre y aluminio las proporciona la tabla 9 del Código. Las unidades de resistencia en esta tabla son en ohms por 300 m (1000pies) de alambre. Para calcular el calibre real del conductor neutro y lograr la especificación de voltaje de 2 volts pico a pico, neutro-tierra, dados los factores de ajuste de voltaje del 80%, se puede utilizar la formula siguiente, la cual es una formula empírica para el cálculo aproximado del conductor neutro, y que se usa junto con la tabla 9 del Código. R = 1000/(Ibc x Lm) En donde: Lm = Longitud máxima del alambre en pies Icb = Capacidad de corriente de disparo para el interruptor del circuito R = Resistencia del conductor neutro en ohms por 300 m (1000 pies) de alambre En el ejemplo siguiente se aplican estas herramientas practicas para seleccionar el calibre del neutro: En un sitio se requiere instalar un sistema computarizado que debe ubicarse a 19.5 m (65 pies) del tablero de distribución eléctrica para computadoras más cercano. Calcule el calibre el conductor neutro requerido para un circuito de 20 amperios, usando la forma dada anteriormente. R = 1000/ (Ibc x Lm) = 1000 / (20 x 65) = 0.77 ohms / 30 m (1000 pies) Usando los valores dados en la tabla 9-Z del Código, efectiva a 0.85 FP, y usando “conducto de acero”, seleccionamos un conductor de cobre AWG #8 o #6. Los conductores de aluminio no ofrecen seguridad en calibres menores del número 4 dentro de un edificio, así que seleccionaremos un conductor de cobre #8. Por tanto, este circuito requiere tres conductores de cobre AWG # 12: para la fase, el sistema a tierra y la tierra de seguridad y un conductor neutro de cobre del #8. Si posteriormente la carga monofásica instalada requiere 9 amperios para operar, también tendríamos 9 amperios de corriente neutra. Calcule el voltaje pico a pico neutro-tierra para un cable de 19.5 m (65 pies) de largo:

Vrms = (0.7 x 0.065) x 9 = 0.41 V Vpp = 0.41 x 1.414 x 2 = 1.16 V Si la corriente de carga aumenta a 16 amperios: Vrms = (0.7 x 0.065) x 16 = 0.73 V Vpp = 0.73 x 1.414 x 2 = 2.06 V

2.8.- Especificaciones para la Unión Eléctrica del Sistema La corriente de los rayos sigue la trayectoria de mínima resistencia a tierra. Cuando un edificio recibe una descarga de este tipo. La corriente que fluye puede seguir como trayectoria la estructura metálica del inmueble, las líneas de energía, los conductos de cables u otros conductos metálicos. Si uno de estos conductores esta cerca de una instalación de computadoras, pueden generarse diferencias significativas de potencial, a menos que se tomen precauciones especiales. Un pulso de 20.000 amperios desarrolla 5000 volts a través de 0.25 ohms. Esto es solo 0.05 mircoherys a 1.0 megahertz. Las diferencias de potencial de esta magnitud pueden destruir el equipo electrónico (hardware). Si todo el metal de un edifico se une cuidadosamente, la diferencia de potencial minimizara y se reducirán las posibilidades de daños causados por los rayos. En una instalación típica de computadoras puede parecer que la confiabilidad del sistema de alimentación no concuerda con los requisitos de conexión a tierra. La tierra de seguridad que conecta a los equipos forma lazos de tierra. Esto se combina con la necesidad de tierra para prevenir daños causados por los rayos. La apertura de uniones reduce el flujo de la corriente de ruido, pero esto se contrapone con las necesidades previamente descritas. Los inductores de separación se han usado, pero esta operación no ha sido favorable por las agencias reguladoras, debido a las altas impedancias a tierra que presentan altas frecuencias. 2.8.1.- Este dilema se puede resolver usando un plano de tierra - con frecuencia a tierra -, adecuadamente diseñado, el cual puede servir como piso de sala de computadoras. La figura 2.9 ilustra el plano equipotencial.

Figura 2.9. El piso elevado en forma de plano equipotencial

Una solución puede ser la utilización de una lámina metálica. Una lámina delgada de metal tiene una baja impedancia de superficie. Una lamina de 0.03 mm de cobre tiene una impedancia en su superficie de 1 megaohm por cm² aun a 10 megahertz. Desafortunadamente es muy difícil fijar como soporte una lámina delgada de cobre por sus características físicas. Un método práctico es usar una rejilla de travesaños interconectados como soporte de suelo y planos de tierra. La cerámica del piso encaja en sus travesaños, permitiendo el acceso al interior del piso. Los travesaños constituyen la estructura la cual puede soportar el peso del equipo pesado. Dos requisitos esenciales son: 1. Emplear travesaños atornillados – los soportes de sujeción se instalan entre los pedestales de soporte. 2. Usar miembros compatibles (estaño o zinc), de manera que puedan efectuarse conexiones a presión de baja resistencia. Los travesaños usualmente se montan entre sí a distancias de o.6 m (2 pies) de centro a centro. Esta clase de espacio entre los alambres de la rejilla parece una limitante para la operación de alta frecuencia del plano de tierra, sin embargo, el piso es adecuado para niveles inferiores a 30 megahertz. Si el diseño de la sala de computadoras es correcto, las señales de ruido por encima de estas frecuencias son ignoradas o filtradas. Véase la figura 1.10. Los travesaños en el piso de una sala de computadoras debe unirse con resistencias de valores inferiores a 1.0 millohm. Esto es necesario para que la rejilla funcione como una lamina delgada de bajas frecuencias. Estas conexiones de baja resistencia requieren atención detallada en un diseño e instalación. Todas las conexiones deben realizarse con las superficies de metal limpias y mantenerse bajo presión al momento de unirlas.

Figura 2.10. Conexiones a tierra en una sala de computadoras

Protección contra los rayos requiere una trayectoria directa a tierra para cualquier conductor cercano al área del piso de la computadora un opción es proveer un anillo de tierra alrededor del edificio debe conectarse a tierra en forma múltiple al piso de sala de computadora y su periferia. Todos los elementos metálicos se unen al anillo cuando cruzan al área del piso de la computadora. Esto incluye todos los elementos conductores de cable, acero del edificio y los demás conductores Cualquier corriente inducida en los rayos tomara una trayectoria hacia afuera del anillo y directamente a tierra. En el piso de las computadoras puede subir el potencial con relación al de tierra pero el potencial de los conductores subiría al mismo tiempo. Si diferencia de potencial no generan daños El piso de la sala de computadora debería comunicarse con un material ligeramente conductivo y conectarse al sistema de travesaños. Esta resistencia alta tiene dos propósitos: proveer tanto un drenaje para carga acumulada en la superficie del piso como una fuente de alta impedancia para las descargas electrostáticas que genera el personal un re puede ser 109 ohm por cuadrado todos los cables de señal que se desplaza debajo del piso de la sala de computadoras del salón hacerlo hacia la superficie del plano de tierra y reduce tanto las áreas de lazos cerrados como ruidos eléctricos inducidos. Los cables que salen de la protección del área del piso deben seguir una extensión del plano de tierra que este correctamente unida a ese plano

2.9.- Carga Desequilibrada y sus Efectos Las lecturas altas de voltaje en un sistema trifásico de distribución de cuatro hilos pueden indicar un balance deficiente en la carga de las tres fases. Las cargas que no están balanceadas adecuadamente causan un flujo excesivo de corriente en el neutro por lo que ocurre una caída de voltaje mayor a través del conductor neutro. El balanceo adecuado de las cargas reducirá las lecturas de voltaje y corriente. Si esto no sucede es preciso inspeccionar la unión neutro a tierra y verificar el calibre del conductor de conexión a tierra y su instalación Es importante destacar que cuando la mayor porción de la carga consiste en descargas eléctricas de alumbrado, procesamiento de datos o equipos similar, existirán corrientes armónicas en el conductor neutro. Si estas son altas, también lo serán los voltajes “neutro y tierra “debido a que este ruido armónico entre el neutro y tierra es de frecuencias más altas, la impedancias, la impedancia de acoplamiento capacitivo a través de la fuente de la alimentación de CD se reduce y el efecto adverso del ruido aumentara. X C =1/2πFC X C = El valor de la impedancia en ohms F = la frecuencia en hertz C = capacitancia en faraday Normas de código se aplican por razones de seguridad y es imperativo observarlas en los ambientes de instalaciones de computadoras así como en toda planta o edificio. El cumplimiento del código tendrá un efecto positivo en la operación del equipo, lo que no se asegura de ninguna manera una instalación libre de ruido eléctrico, el cual causa un mal funcionamiento en el sistema. El ruido eléctrico puede definirse como

cualquier voltaje o corriente que no es la señal eléctrica deseada. En cuanto a la conexión a tierra del código solo analiza las consideraciones de seguridad y no contempla los efectos de dicha conexión en la operación de quipos electrónicos En cualquier instalación de equipo computarizado es recomendable instalar un sistema derivado separadamente para la alimentación eléctrica (código secciones 250 – 20 (d) y 250 – 30). Una “instalación de equipo computarizado “se refiere a cualquier instalación de computadoras o equipo electrónico basado en microprocesadores. En estos tipos de instalación es importante controlar la energía eléctrica y el ruido eléctrico, la temperatura del aire, la humedad, etc. Puede ser una sala de computadoras o una sala para enlazar los diferentes sistemas de redes de área local (LAN), una estación de bombeo un centro conmutador de teléfonos, un centro de control de procesos, etc.

Figura 2.11. Instalaciones de un sistema derivado separadamente para proteger una sala de computadoras

Instalaciones de un sistema derivado separadamente para proteger una sala de computadora. Un sistema derivado separadamente no solo aísla la instalación del resto de la planta, sino que también proporciona un punto controlado de unión neutro tierra y un mejor control de los problemas de distorsiones armónicas y de ruido eléctrico. Además, crea un nuevo neutro que puede ser un generador o un transformador. La unidad de distribución de energía comúnmente usada, que cuenta con un transformador y un tablero de distribución. Es una fuente derivada separadamente

2.1.1.- Dispositivos de Tratamiento para las Líneas que Tienen Conexión a Tierra Cada instalación de ambiente computarizado debe recibir energía de su propio transformador dedicado, el cual debería preferiblemente, bajar el voltaje de 480vols, de servicio trifásico, al típico voltaje una computadora, por ejemplo 208 Y/120vols sin embargo, el transformador puede ser del tipo elevador o de una relación uno a uno, si es requerido, y el voltaje de salida debe concordar con los requisitos del equipo. También puede ser simplemente un transformador de aislamiento que proporciona rechazo de mondo común y aislamiento de CA. Si se requiere, este transformador puede tener blindaje de faraday para la atenuación de ruido de modo común, lo mismo que ser de voltaje constante para una mejor regulación de voltaje, o puede tener un acondicionador de línea, lo que proporciona regulación y atenuación de ruido. La razón primordial uso del transformador es proporcionar una fuente separada de energía en el punto más cercano para el equipo y aislado de otras fuentes de energía edificio

Un “transformador dedicado” con aislamiento blindado, núcleo ferro resonante y con derivación electrónica, es considerado como una fuente derivada separadamente y debe conectarse a tierra conforme a la sección 250 – 30 del código Un puente de unión, debe conectar la barra neutro, o la terminal Xo del secundario del transformador, a los conductores de conexión a tierra o a la barra colectora de conexión a tierra. El calibre de este puente de unión no debe ser menor que el calibre del conductor del electrodo a tierra de la tabla 250-66 El conductor conectado a tierra o la barra colectora neutro debe conectarse al sistema de electrodo de tierra del edificio con un conductor de electrodo de tierra, calibrado de acuerdo con la tabla 250-66. La sección 250-30 (a) (3) establece que “el electrodo de tierra o de puesta a tierra estará localizado tan sea como sea posible y preferiblemente en la misma área donde el conductor de puesta a tierra se conecta al sistema “. El electrodo de tierra debe ser una barra de metal, efectivamente conectado a tierra, el cual forma parte de la estructura, un tubo del agua efectivamente conectado a tierra u otro electrodo de acuerdo con las secciones 250-50 y 250-52, esto en caso de que ninguno de los dos primeros esté disponible.

El código no requiere el empleo de un conductor para conectar las barras colectoras. De la fuente derivada separadamente, y la barra colectora a tierra de la fuente de suministro eléctrico del edificio sin embargo exige que cualquier metal que pueda energizarse, deba conectarse a los demás metales que puedan ser energizados y que todo este sistema se conecte al sistema de conexión a tierra del edificio. Si todos los elementos metálicos, soportes de la estructura, tubería, refuerzos, rejillas de tierra, etc., están conectados entre sí como lo establecen las secciones 250-50 y 250-52, esta configuración convierte en el “sistema de electrodo de tierra”. El sistema completo, cuando esta unido correctamente, se convierte en el voltaje de referencia cero para las frecuencias de la señal de alimentación de CA Por consiguiente, cuando el neutro de la figura derivada separadamente se conecta a una columna de metal del edificio, mediante el conductor del electrodo de tierra, se une a la misma referencia del conductor del electrodo de tierra, para la entrada de servicio (acometida)

Transformador dedicado esta ahora directamente conectado a tierra, como una fuente de energía eléctrica, derivada separadamente. Este es un sistema aislado dedicado a la” instalación de sistemas computarizados “diseñado para ello. Todas las conexiones a tierra e este “ambiente “deben tener como referencia el nuevo punto único de unión neutro-tierra en el transformador Dos sistemas a tierra emanan del punto único de unión neutro –tierra 1.- El sistema de conexión a tierra o “tierra de seguridad “también llamada “tierra del equipo” 2.-El sistema de conexión a tierra de la “tierra aislada “que permite el código en la sección 250-96(b). El conductor de conexión a tierra (tierra de seguridad) de acuerdo con el artículo 250 del NEC, debe conectar todas las cubiertas metálicas, canalizaciones bandejas, gabinetes de equipos y todo lo que es instalado. El conductor a tierra debe instalarse con los conductores de fase y neutro sin separarse de ellos sección 300-3(b).Debe estar unido a cualquier parte de metal que este expuesta y pueda energizarse por accidente con un conductor de fase o vivo. El calibre de este conductor debe seleccionarse de acuerdo con la sección 250-122 del código, Pero para instalaciones en salas de computadoras se recomienda que sea del mismo calibre AWG que los conductores de fase. Esta recomendación es también un requisito de muchos fabricantes de equipos El conductor de “tierra aislada” desde el punto de conexión a tierra del edificio, el punto “neutro –tierra” del edificio, y debe extenderse junto con los conductores de fase, el neutro y la tierra de seguridad, sin hacer ningún contacto con metales en su camino consulte la sección 250-96(b). El objetivo de la tierra aislada es reducir el ruido eléctrico o interferencia electromagnética, en el circuito de conexión a tierra. Este conductor es la referencia de voltaje cero del sistema electrónico de CD y por consiguiente, la referencia de datos. Muchos fabricantes de equipos especifican que este conductor sea del mismo calibre AWG que el del conductor de fase, y muchos fabricantes recomiendan que se use un cable de estaño en lugar de cable trenzado de siete hilos que se utiliza en los conductores de fase neutro. Los múltiples alambres del cable de estaño presentan una superficie más extensa, y por tanto una impedancia más baja a las altas frecuencias encontradas en los modernos sistemas de los procesamientos de datos.

Cuando un fabricante d componentes electrónicos especifica una tierra aislada el equipo usualmente no proporciona una terminal de tierra aislada para tal fin. Solo se cuenta con una terminal de tierra y está unida a la entrada de la fuente de alimentación de CA, al chasis, al gabinete y a la referencia cero de datos. En este caso la tierra de seguridad no debería estar conectada a la terminal de conexión a tierra. La tierra aislada debería ser el único conductor de conexión a tierra conectado a la terminal de tierra, y el gabinete del equipo debería estar aislado del suelo y de otros metales que pudieran entrar en contacto con la tierra de seguridad. Las computadoras personales que usan cubiertas de plástico y se conectan directamente a tomacorrientes aislados en forma correcta proporcionan esta clase de aislamiento. En este caso la tierra de seguridad. Como no es la situación ideal, se prefiere a la adopción donde la tierra de seguridad y la tierra aislada están unidas al equipo, lo que contradice el propósito de proveer una aislada libre de ruido.

Instalación de una fuente ininterrumpida de alimentación Es importante tener presente que en salas de computadoras o sistemas que alimenten a computadoras, cuando se instale una “fuente continua o interrumpida de alimentación” (UPS, por sus siglas en ingles), o una “fuente de alimentación de respaldo” (SPS, por sus siglas en ingles), el transformador debe colocarse en el lado de carga de la UPS o la SPS. La UPS o SPS no son fuentes derivadas separadamente a menos que tengan un transformador en su salida como parte de su diseño original. Si no existe tal transformador, como parte integral de la UPS o SPS, entonces se añade un transformador. Una instalación típica seria una UPS de 480volts de entrada y de salida trifásica, con un transformador reductor de 480 volts tipo delta de 208/120 volts estrella, que alimente un tablero de distribución dedicado solo para la computadora y sus equipos periféricos, en el centro o sala de computadoras

Las “unidades de distribución de alimentación (PDU), también están disponibles para este fin y pueden alimentarse con 480 volts, tres fases de entrada y 208 y /120 volts de salida a través de un tablero integral de distribución. Cuando sea necesario se puede utilizar una UPS de gran capacidad, para conectar varias PDU a la salida de la UPS para alimentar numerosas salas de computadoras, u otras cargas para equipos computarizados. 2.1.2.- Sobrevoltajes Transitorios Los sobre voltajes transitorios también llamados picos, impulsos o transitorios, son impulsos de alta energía de voltaje y corriente que viaja sobre ala onda senoidal de 60 HZ y que presentan una frecuencia no repetitiva, un tiempo de ascenso rápido 1us a pico y un tiempo de caída al 50% igual o menor a 1ms. Por definición duran por lapsos menores ciclo de la frecuencia de alimentación, o sea 8 ciclos a60HZ Los sobre voltajes transitorios son difíciles de detectar y por ello se requiere el uso de un analizador de línea en el sistema de distribución el tiempo suficiente para obtener resultados del ambiente eléctrico de la instalación. De acuerdo con la ley de Lenz, los transitorios de producen de acuerdo con las ecuaciones E = -di/dt I = Cdv/dt

2.1.3.- Componente de Protección Contra Voltajes Transitorios Los tres dispositivos más comunes utilizados para la protección contra sobre voltajes transitorios son: los tubos de gas, los varistores de oxido metálico y los diodos de avalancha de silicio. Cada dispositivo tiene sus características específicas de desempeño

2.1.4.- Tubos de Gas El termino indica un dispositivo que tiene encapsulado un gas inerte. Este no es un conductor hasta que lo energiza la corriente que proviene de un sobre voltaje transitorio, entonces el voltaje se comporta como un cortocircuito. Cuando el tubo de gas desvía la energía del sobre voltaje transitorio, crea un cortocircuito y mientras se dispara puede absorber grandes cantidades de corriente y provoca el disparo de los interruptores de protección del circuito. El mayor beneficio lo aporta su habilidad de resistir altas cantidades de energía. Los tubos de gas no tienen clasificación de energía en joules, solo la capacidad de corriente. La mayor debilidad del tubo de gas es su tiempo de respuesta lento, menos de 1 ms cuando se instala en el circuito. Otro inconveniente es su alto voltaje de activación. Por tanto, la industria ha determinado que los tubos de gas, debido a su desempeño de degradación y la lenta respuesta, son inadecuados para la protección de los equipos digitales que usan microprocesadores.

2.1.5.- Varistores de Oxido Metálico (MOV) Los MOV son los componentes de mayor utilización en la protección de equipos de comunicaciones. Los MOV son mucho más rápidos que los tubos de gas. Están compuestos por una capa de oxido de zinc de forma granular. Cuando el MOV se activa conduce corriente en las líneas de demarcación que buscan la trayectoria de menor impedancia. Cada sobre voltaje transitorio sigue la misma trayectoria y cada incidencia de las descargas transitorias de voltaje eventualmente debilitara y luego hará fallar cada línea de demarcación. Al fallar los granos, el voltaje de fijación baja de nivel y la capacidad de absorción de energía del MOV también disminuye o se degrada. Los MOV tienen el costo más efectivo en la protección de equipo digital que usa microprocesadores. Debido a que la capacidad de corriente está en función de su masa, entre mayor sean los MOV mayor será su capacidad. Para un MOV de 20 mm, la capacidad de corriente es de 10 000 amperes pico o 155 joules (8x20us) y su tiempo de respuesta es en nanosegundos. 2.1.6.- Diodo de Avalancha de Silicio La mayor cualidad del SAD es su tiempo de respuesta y el hecho que no se degrada, pero su mayor debilidad es su baja capacidad de resistir energía. Un MOV de 20mm ofrece una protección de 155 joules en tanto el SAD ofrece tan solo 5 joules de protección .Para lograr una capacidad elevada y resistir grandes cantidades energía, se tienen que combinar cierta capacidad de dispositivos. Pero al aumentar la capacidad de estos dispositivos fue el precio del equipo de protección que lo contiene. Además, la instalación de una cantidad insuficiente e inadecuada de dispositivos SAD puede ocasionar fallas catastróficas en el equipo de protección contra sobre voltajes transitorios. 2.1.7.- Comparación de Costos El precio es uno de los criterios para la compra de un supresor de voltaje transitorios. El MOV proporciona la mejor protección al precio más efectivo. Cuando se considera un supresor de sobre voltaje transitorios con dispositivos MOV el criterio es el diseño del circuito y su instalación. 2.1.8.- Confiabilidad del Diseño Mientras que el precio puede representar una limitación importante, la confiabilidad debe ser la preocupación primaria. Los dispositivos de protección deben evaluarse con base en su capacidad para sobrevivir múltiples sobre voltajes transitorios mientras protegen el equipo digital de comunicaciones en una oficina central. Para la evaluación de supresores es importante entender el estándar UL 1449, el cual fue implementado para certificar tanto la seguridad de los supresores cuando se instalan en un círculo como las bases de comparación de los voltajes de paso

2.1.9.- Estándar 1449 2ª.Edicion Este estándar trata sobre las deficiencias de las pruebas de UL 1449 para los voltajes de paso, usando alambres para simular el dispositivo instalado en lugar del dispositivo inalámbrico. Las pruebas realizadas indicaron que los dispositivos con alambre tienen un voltaje de paso mayor que los inalámbricos. 2.2.1.- Tierra para el Protector de Sobre Voltajes Transitorios. Los sobre voltajes transitorios, también llamados impulsos transitorios de voltaje se definen como anomalías de las líneas de alimentación que exceden una amplitud de 50vols y una duración inferior a ½ ciclo ósea menores a 8.3ms, a 60 HZ. Los sobre voltajes transitorios de modo común (fase tierra o neutro tierra) que entran en la línea de alimentación de CA se convierten a transitorios de modo normal (fase –fase o fase – neutro), por el transformador del equipo o del edificio. Debido a que gran cantidad de los supresores o sobre voltajes transitorios que se venden en el mercado emplean circuitos de supresión de modo común en seguida ilustraremos sus diferentes conexiones. Se muestra un sistema trifásico conectado en estrella que está utilizando dos líneas de fase para alimentar el equipo electrónico que se quiere proteger. Ya que se determina que existe una conexión neutro tierra, no se recomienda protección de modo común. En este caso se instala la protección entre las fases y el neutro. En este sistema puede emplearse para un servicio de 120/208V o de 127/220V

Se efectúa cuando se ha establecido que en el tablero principal de distribución no existe una conexión neutro tierra y dicha conexión puede ser de alta impedancia. También se utiliza cuando el supresor se va a montar a más de dos metros de distancia de la conexión neutro tierra. En este ejemplo se muestra un sistema trifásico conectado en estrella, el cual puede ser el sistema utilizado en México de 127/220 V o en Estados Unidos de 120/208

En esta se presenta un sistema de protección para una alimentación trifásica. Este sistema proporciona las protecciones de modo normal o protección entre fase y fase, y la de modo común entre fase y tierra. Como puede notarse, el sistema ilustrado no tiene un conductor conectado a tierra o neutro. Esta es una de las aplicaciones más comunes de la protección de modo común

Aquí se muestra un sistema de protección para un sistema trifásico, conectado en estrella, que proporciona protección para todas las fases de las formas: fase – fase y fase –tierra, es decir protección de modo normal y de modo común. También puede observarse que no existe el conductor conectado a tierra o neutro, y por esta razón es recomendable este sistema de protección de modo común para las tres fases

2.3.1.- Sobre Corriente a Tierra La presencia de supresores de sobre voltajes transitorios de fijación entre fase y tierra, o de” modo común “puede representar un aumento del riesgo de una descarga eléctrica. Esto puede ocurrir si 1.- La armadura del equipo protegido no está correctamente conectada a tierra 2.-la impedancia de alta frecuencia de la trayectoria a tierra, entre la armadura y la tierra del equipo es significativa, con relación a la impedancia de la impedancia del cuerpo de una persona que conecte a ambos. La descarga de pequeñas cantidades de corriente a través del corazón, aun por una fracción de segunda puede causar desde fibrilaciones hasta la muerte 2.4.1.- Corriente de Fuga Cuando los supresores se conectan de fase a tierra en un circuito de ca, las corriente de fuga prevalentes en los dispositivos MOV fluirán no a través del conductor neutro sino por la trayectoria de retorno a tierra. Si un gran número de supresores se instalan en un edificio, la cantidad total de corrientes de fuga puede ser significativa y difícil de detectar. Los problemas que crea la acumulación de corrientes de fuga incluyen disparos fastidiosos del GFI, errores en el circuito electrónico debido a la inestable referencia a tierra y ruidos introducidos a los amplificadores de alta ganancia.

2.5.1.- Corrientes de Lazo Cerrado a Tierra Las supresiones de neutro – tierra también pueden incrementar el riesgo de descarga eléctrica. Si un supresor falla entre línea y tierra, la corriente que fluye causara inmediatamente el disparo del interruptor automático de circuito o fusible para proteger la línea conductora. No existe un interruptor de circuito o fisible en la línea neutro. Si un supresor, conectado entre neutro –tierra falla o se degrada debido a una falla, una porción de la corriente del neutro fluirá a tierra; por ejemplo, a través de las bandejas de cables y en el metal de los paneles de distribución en la trayectoria de retorno a tierra de la unión neutro-tierra del transformador. Esto genera un lazo cerrado a tierra y provoca riesgos de descargas eléctricas para el personal. 2.6.1.- Fallas Intermitentes de Red En 1988, los científicos investigadores del instituto nacional de normas y tecnología (NIST), encontraron que los supresores de sobre voltajes transitorios pueden causar daños a los dispositivos interconectados de computación, si proporcionan sobre voltajes transitorios a tierra, lo que provoca la contaminación de las líneas de datos Durante un experimento en un edificio recientemente construido, tales investigadores introdujeron sobre voltajes transitorios en las líneas de alimentación. Después del experimento, encontraron dañados pegados a las líneas de datos entre las computadoras y las impresoras. El daño resulto cuando los sobre voltajes transitorios desviados a tierra se acoplaron en las líneas de datos a través de la tierra. Muchas líneas de datos de red usan la tierra como voltaje de referencia, y muchas líneas de datos y blindajes de cables de instrumentación se conectan a tierra.

CAPITULO III 3.- Auditoria de Sistemas de Puesta a Tierra 3.1.- General La importancia del adecuado funcionamiento del sistema de puesta a tierra de una instalación es una consideración que la mayoría de los casos no es resaltada. Sin embargo es conocida la importancia fundamental que representa para la integridad de las personas y las instalaciones el apropiado funcionamiento de los sistemas de puesta a tierra. La experiencia industrial demuestra que en la mayoría de los casos el sistema de tierra es instalado y es al cabo de unos años, al ocurrir fallas tales como daños a equipos por corrientes circulantes o por voltajes transferidos producto de descargas atmosféricas o por fallas a 60Hz, cuando se retoman las acciones de atención sobre el sistema de tierra de la instalación. En general en la actualidad existe una baja cultura industrial en relación a los temas de la inspección y mantenimiento de los sistemas de puesta a tierra. Adicionalmente, aunque normas tales como la NFPA-70 y otras establecen claramente las reglamentaciones y practicas necesarias para diseñar, construir, evaluar y mantener los sistemas de puesta a tierra, es común encontrar en una misma planta o instalación distintos sistemas de tierra. Separados entre sí. 3.1.1.- Esquema General de Auditoría de SPAT Recopilación de Datos - Planos - Datos eléctricos: Placas de los equipos Inspección Visual Baja tensión (C.A. y C.C) ---- NEC y COVENIN Alta tensión (C.A.) ---- IEEE Pruebas de Medición Medición de Resistividad Medición de Impedancia y Resistencia

3.1.2.- Levantamiento del Sistema 1.- Planos de Sistemas de Tierra Disponibles 2.- Datos del Sistema Eléctrico Unifilares y Trifilares Tipo de puesta a tierra del neutro Nivel de Cortocircuito Protecciones eléctricas: tipo y duración Sistemas derivados Sistemas sensibles Identificación de caminos de retorno de falla. 3.- Detección de zonas de seguridad: Voltaje transferido, voltaje de toque y paso... 4.- Sistema telefónico disponible 5.- Protección catódica 6.- Descargadores de sobretensiones 7.- Sistemas contra incendio 8.- Tanques de sustancias inflamables 3.1.3.- Identificación: 1- Alambrados Puesto a Tierra Existentes - Verificación de colores y aislamiento. Medios de desconexión Existencia de descargadores de sobretensiones 2- Circuitos cuyo neutro ser Sólidamente Puestos a Tierra. - Circuitos Principales y Derivados de Corriente Alterna y Continúa 3- Circuitos cuyo neutro no debe ser Sólidamente Puestos a Tierra. - Rectificadores, generadores y hornos 4- Circuitos que deben ser de Neutro Aislado - Circuitos especiales como Quirófanos de Hospitales

3.1.4- Lugar de Puesta a Tierra del Sistema. En sistemas en corriente continua la tierra debe estar en la estación rectificadora únicamente. Los sistemas de corriente alterna deben conectarse a tierra en cualquier punto accesible entre el secundario del transformador que suministra energía al sistema, y el primer medio de desconexión o de sobrecarga 3.1.5.- Identificación de Electrodos. Los electrodos de puesta a tierra de los sistemas eléctricos deben estar accesibles y preferiblemente en la misma zona de la puesta a tierra del neutro principal del sistema. El sistema de electrodos de puesta a tierra se forma interconectando los siguientes tipos de electrodos (siempre que existan): -Tubería metálica de agua enterrada. -Estructura metálica del inmueble. -Electrodo empotrado en concreto. -Malla o Anillo de tierra. -Electrodos de varilla o tubería. -Electrodos de Placa -Otras estructuras o sistemas metálicos subterráneos cercanos. Los tipos de electrodos no permitidos son: 1. Tuberías de gas enterradas. 2. Electrodos de aluminio. Aunque en Europa se han utilizado. El aluminio es un material que se corroe con mayor facilidad que el cobre y los compuestos químicos que se le forman no son buenos conductores eléctricos. Tubería metálica de agua. Para usarse como electrodo de puesta a tierra, debe reunir los siguientes requisitos: a) Por lo menos tener 3 m en contacto directo con la tierra. b) Eléctricamente continúa hasta el punto de conexión, Puenteando el medidor del agua, si está colocado en una Posición intermedia. La única desventaja de su uso es que debe complementarse con un electrodo adicional, de cualquiera de los tipos mencionados arriba.

3.1.6.- Identificación Anillo o Malla de Tierra Un anillo de tierra consiste en un conductor de cobre desnudo, enterrado de forma que rodee al edificio o estructura. Estos anillos de tierras se emplean frecuentemente Circundando una fábrica o un sitio de comunicaciones, para proveer un plano equipotencial alrededor de edificios y equipos. Con el fin de controlar las tensiones de toque y paso, el anillo puede convertirse en una malla de tierra. 3.1.7.- Identificación de Barras de Tierra Enterradas. La efectividad de las barras de tierra depende en buena forma de la calidad del suelo. En algunos casos, la existencia del nivel freático cerca de la superficie justifica la colocación de electrodos de profundidad con el fin de disminuir la resistencia. 3.1.8.- Identificación de Conexiones Los conectores de conductores de puesta a tierra con los electrodos pueden ser del tipo de soldadura exotérmica, conectores a presión, abrazaderas u otros medios aprobados. No deben tener soldaduras con materiales de puntos de baja fusión (estaño, plomo, etc.) para evitar falsos contactos, ya que pierde características de seguridad para el personal y el sistema.

3.2.- Informe Técnico de Laboratorios de Computo 3.2.1.- Generalidades. El presente Proyecto consiste en realizar el levantamiento de las instalaciones eléctricas actuales de los laboratorios de computo del edificio módulos C – D, en lo que se refiere a las siguientes cargas eléctricas.  Puntos de tomacorrientes dobles polarizados  Alimentaciones a paneles de distribución

3.2.2.- Acometida Principal. Parte desde los bornes de los breackers ubicados en el cuarto de transformadores a través de una tubería existente, subterránea y está compuesta por cables (2#10) + N#12 + T#12 esta alimenta al panel de disyuntores de los laboratorios de computo. 3.2.3.- Tablero Principal. Se refiere al Tablero de distribución principal ubicado en el cuarto de Tableros, este alimenta a los diferentes Paneles existentes en los laboratorios 1-2-4-5-6-7-8 3.2.4.- Panel de Distribución. Se utilizaron Paneles monofásicos 120/240 marca GE metálicos empotrables, con tapa frontal cuya remoción dará acceso a los disyuntores y conexiones internas, los disyuntores son de tipo enchufable. 3.2.5.- Circuitos Derivados. Se refiere a los diferentes circuitos que parten desde los Paneles de Distribución Secundarios. Las piezas instaladas son de material no conductor y no combustible marca Eagle. Todas las alimentaciones parten de una canaleta plástica de medidas 60*40 mm  Circuitos de Alumbrado y Equipos de Climatización tipo Split no están alimentados de los paneles de Disyuntores internos de cada laboratorio.  Alumbrado esta en Panel S.T. Luces 1 Breacker #5

3.2.6.- Informe Técnico Laboratorio 1 A continuación se detalla los elementos y equipos existentes y la situación actual en que funciona el laboratorio de cómputo # 2. 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Panel de Disyuntores de 16 espacios GE circuitos derivados 21 computadores (CPU + MONITOR) 1 Rack de computo 21 reguladores CDP (Chicago Digital Power) Proyector Visual

Se realiza el levantamiento eléctrico actual del Laboratorio y se determino las siguientes situaciones. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

El Panel no tiene barra de conexión a tierra El Panel no posee tierra de protección en cada equipo El Panel de rack no tiene tierra de protección del equipo Tomacorrientes no son de color naranja como indica la normativa Tomacorrientes no están identificados Alimentaciones desbalanceadas L1 = 14.3 amp L2 = 3.7amp Línea neutro presenta una corriente de 16.2 amp No existe malla a tierra en el laboratorio.

Anexo 2.xls

Anexo 3.dwg

3.2.7.- Informe Técnico Laboratorio 2 A continuación se detalla los elementos y equipos existentes y la situación actual en que funciona el laboratorio de cómputo # 2. 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Panel de Disyuntores de 16 espacios GE 6 circuitos derivados 21 computadores (CPU + MONITOR) 1 Rack de computo 21 reguladores CDP (Chicago Digital Power) Proyector Visual

Se realiza el levantamiento eléctrico actual del Laboratorio y se determino las siguientes situaciones. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

El Panel no tiene barra de conexión a tierra El Panel no posee tierra de protección en cada equipo El Panel de rack no tiene tierra de protección del equipo Tomacorrientes no son de color naranja como indica la normativa Tomacorrientes no están identificados Línea de tierra presenta una corriente de fuga de 3 amp Línea neutro presenta una corriente de 10.3 amp No existe malla a tierra en el laboratorio.

Anexo 4.xls

Anexo 5.dwg

3.2.8.- Informe Técnico Laboratorio 4-5-6-7-8 A continuación se detalla los elementos y equipos existentes y la situación actual en que funciona el laboratorio de cómputo # 4-5-6-7-8. 1. 2. 3. 4. 5.

Panel de Disyuntores de 12 espacios Square D 10 circuitos derivados 21 computadores (CPU + MONITOR) por laboratorio 21 reguladores Forza por laboratorio 1 Proyector visual

Se realiza el levantamiento eléctrico actual del Laboratorio y se determino las siguientes situaciones. 1. El Panel no tiene barra de conexión a tierra en sitio, la barra de tierra se encuentra en otro tablero aledaño. 2. El Panel no posee tierra de protección de equipo. 3. Existen solo dos circuitos por laboratorio los cuales toman 10 computadoras por cada uno. 4. Tomacorriente de computadoras de profesores están alimentados por el circuito de tomacorrientes común. 5. Tomacorrientes no son de color naranja como indica la normativa 6. Tomacorrientes no están identificados 7. No existe malla a tierra en el laboratorio. 8. Acometida empotrada con caja de conexión 4x4 (cable concéntrico) 9. Tablero de breackers no están en el laboratorio, este se encuentra en el segundo piso. Nota. En el diseño inicial del proyecto, los breackers de los laboratorios estaban en un panel común el cual incluye alumbrado, tomacorrientes normales y demás circuitos, en la actualidad se encuentra modificado diseño eléctrico, ahora hay un panel exclusivo para circuitos de las computadoras, pero solo fueron cambiadas las líneas de Alimentación y Neutro, las líneas de Tierra se quedaron en el tablero anterior. No se coloca nombre de tableros ya que no tienen identificación actualmente

Anexo 6.xls

Anexo 7.dwg

3.3.- Pruebas realizadas en campo. Verificación de conexión del punto de unión entre Neutro y Tierra en el Tablero Principal del Edificio Modulo C.

Foto 3.1. Barra neutro – tierra Tablero de distribución principal Modulo C, subestación eléctrica

Foto 3.2. Tablero de distribución del Edificio Modulo C Se verifica que en este tablero no cumple con la norma IEEE 1100 de utilizar un panel destinado solo para equipos sensibles. En este encuentran todo tipo de cargas como son sistemas de alumbrado, centrales de aire, tomacorrientes normales, cocinas eléctricas, laboratorios de cómputo.

Verificación de conexión del punto de unión entre Neutro y Tierra en el Tablero Principal del Edificio Modulo D.

Foto 3.3. Barra neutro – tierra Tablero de distribución principal Modulo D, subestación eléctrica

Foto 3.4. Verificación de corriente y voltaje neutro – tierra Tablero de distribución principal Modulo D, subestación eléctrica

Tablero se encuentra dentro de parámetros normales conectado neutro a tierra en un único punto.

Verificación del voltaje entre Neutro y Tierra en paneles de los laboratorios de computo.

Foto 3.5. Verificación de corriente y voltaje neutro – tierra panel de distribución de los laboratorios de computo

Tablero presenta valores elevados de voltaje entre Neutro y tierra, estos valores no cumplen con la norma aplicada a equipos sensibles.

CAPITULO IV 4.- Diseño de Puesta a Tierra de los Laboratorios de Computo. 4.1.- Antecedentes. La Universidad Politécnica Salesiana sede Guayaquil y en particular el área de la subestación eléctrica debe contemplar un único Sistema de Puesta a Tierra del cual el resto de instalaciones deben ser interconectadas a él con el firme objetivo de no crear diferencias de potenciales entre las distintas mallas, en el caso especifico nuestro los laboratorios de sistemas de computo por su propia infraestructura actual no es factible instalar una malla de puesta a tierra y peor aun considerar un sistema de piso falso como indican las normativas internacionales. No olvidemos que el presente capitulo en uno de sus literales indicara la correcta instalación de un sistema de puesta a tierra en salas de computo. Sin embargo debemos tener en cuenta la creciente instalación de redes para sistemas computarizados, es decir laboratorios de sistemas de computo donde los sistema de puesta a tierra adecuados de equipos de comunicaciones entre otros, es cada vez más crítico, por ende para garantizar la operación de los sistemas es importante soportarlo con un correcto sistema de puesta a tierra La sensibilidad de los equipos electrónicos requiere proteger a los laboratorios de computo los cuales deben estar en un plano equipotencial (mismo sistema de referencia) para prevenir loops y transientes que puedan afectarlos. Esto exige un diseño exhaustivo de los sistemas de puesta a tierra donde las barras equipotenciales, paneles aislado para quirófanos y supresores de transientes constituyen un medio muy importante para reducir el riesgo de incendio, de explosión, danos a equipos y muerte de personas por el contacto eléctrico.

4.1.2.- Barra Equipotencial de Puesta a Tierra. La barra equipotencial de puesta a tierra es el área donde convergen todas las conexiones dirigidas a tierra provenientes de los equipos, guías, computadoras, antenas, carcasas, etc. Estas barras se diseñan para concentrar los circuitos eléctricos que posteriormente van a ser puestos a tierra, de igual forma.

Figura 4.1. Barra Equipotencial Básicamente esta barra es elaborada de cobre electrolítico de forma rectangular montada sobre aisladores que a su vez están sujetos a soportes, además está provista de perforaciones que tienen una configuración y medidas de acuerdo a un patrón de referencia normalizado como se observa en la figura adjunta denominada PATRON DE BARRAS, estos patrones permiten seleccionar el tipo de barra adecuado para realizar las conexiones de conductores con terminales del tipo doble ojo o de uno solo. La barra está sujeta a través de aisladores de poliéster reforzado con fibra de vidrio, con lo cual no se permite que exista continuidad eléctrica entre ella y el soporte al cual van sujetos. Los aisladores son colocados en cada extremo y fijados tanto a la barra como al soporte mediante tortillería electro galvanizada o de acero inoxidables según sea el requerimiento. La figura siguiente muestra los aisladores instalados sobre el soporte el cual tiene forma de omega.

Figura 4.2.Soportes omega y aisladores para barra equipotencial

Esta barra estará conectada a un punto de tierra del anillo exterior a través de un conductor de cobre de calibre igual o mayor al #4/0 AWG, preferiblemente con chaqueta aislante de color verde. Esta conexión puede estar realizada mediante soldadura exotérmica o mecánica. En la figura vemos una conexión exotérmica.

Figura 4.3. Conexión exotérmica en barra equipotencial

Adicionalmente este conductor debe ser canalizado por una tubería aislada de PVC preferiblemente de color verde o en su defecto pintada de este color en toda su trayectoria hasta llegar al punto de conexión a tierra del anillo exterior. En la figura siguiente se puede observar como canalizaciones de color verde convergen a la barra.

Figura 4.4. Conexión de conductores a barra equipotencial Esta barra debe ubicarse lo más cerca posible a la ventana de acceso de manera que permita la conexión de las líneas de transmisión que se encuentren en la parte superior de la misma. La longitud de la barra va en función del número de conexiones que se requieran realizar y de las posibles expansiones a futuro que se prevean.

4.1.3.- Aplicaciones. 󲐀 Sistema de disipación de sobretensiones 󲐀 Sistemas de protección contra corrientes transitorias. 󲐀 Sistemas de puesta a tierra en torres de telecomunicaciones, antenas de transmisión de microondas, radio base. 󲐀 Sistemas de puesta a tierra de centros de procesamientos de data. 󲐀 Sistemas de puesta a tierra de empresas manufactureras 󲐀 Sistemas de puesta a tierra de empresas de industria y comercio 4.1.4.- Instalación. La instalación de la barra equipotencial de puesta a tierra equipo es realizada dependiendo de su aplicación y lugar donde se requiere de la forma siguiente: Las barras instaladas en interiores deben estar fijadas en función a los siguientes criterios: 󲐀 Se realizan las cuatro perforaciones sobre la pared de forma que se puedan colocar los ramplus donde se fijará el soporte de la barra. 󲐀 Se instala la barra fijándola mediante tornillos a la pared en el sitio donde previamente se instalaron los elementos para esta aplicación. 󲐀 Una vez fija la barra, cada conexión a la misma debe estar cubierta preferiblemente en los puntos de contacto con un producto adecuado para evitar corrosión. 󲐀 No se debe instalar sobre la barra más de un conector o conductor en cada hueco. 󲐀 En caso de que no exista espacio disponible en la barra existente, se deberá colocar otra barra la cual debe estar eléctricamente conectada al anillo exterior y a la barra principal mediante un conductor de cobre de calibre adecuado. 󲐀 Conectar la barra al punto de tierra del anillo exterior a través de un conductor de cobre de calibre igual o mayor al #4/0 AWG, preferiblemente con chaqueta aislante de color verde. 󲐀 El conductor que interconecta la barra con el punto de puesta a tierra debe correr por una canalización aislada de PVC preferiblemente de color verde. 󲐀 Identificar la barra e acuerdo a su uso, si es para telecomunicaciones, electricidad o para otra aplicación

󲐀 La barra equipotencial de barra ser interconectada con la malla principal de la subestación principal.

Figura 4.5. Punto de conexión de la barra equipotencial a la malla de tierra

4.1.5.- Material para instalación de la barra Equipotencial 󲐀 Cobre electrolítico 99,9 % 󲐀 Espesores de 6 mm y 10 mm 󲐀 Canto redondeado 󲐀 ASTM B187-C1100 Aisladores 󲐀 Elaborado de poliéster reforzado con fibra de vidrio. 󲐀 Color rojo. 󲐀 Uso interior 󲐀 Aislamiento 600 voltios 󲐀 Auto extinguibles 󲐀 Altura de 30 mm 󲐀 Insertos de bronce con rosca milimétrica Soportes 󲐀 Elaborado de plenita de 5 mm de espesor en hierro galvanizado, Acero inoxidable 304 o de aluminio. 󲐀 Perforaciones de fijación de 10 mm Tornillería 󲐀 Espárragos de 8 mm y 6 mm de diámetro 󲐀 Acabado electro galvanizado 󲐀 Conformada por espárrago, tuerca, arandela plana y arandela

4.2.- Trasformador de Aislamiento. Los transformadores de aislamiento son equipos recomendados para aislar eléctricamente y reducir los disturbios eléctricos hacia las cargas sensibles. Este equipo es muy útil y confiable para alimentar instalaciones críticas como, sistemas médicos, sistemas de telecomunicaciones, sistemas de cómputo, procesadores de control e instrumentación. A la vez permite adecuar las fases para obtener cero (0 voltios) entre neutro y tierra; y 120 voltios entre fase y tierra, normativa ideal para centros de computo. Características: Monofásicos en rango de 500va - 100Kva – Trifásicos en rango de 1Kva – 1Mva – Factor K para cargas no lineales – Ultra aislamiento – Adecuador de fases – No producen distorsión armónica – No permite interferencias con otros equipos.

Este tipo de aislamiento tiene ciertas consideraciones especiales. 4.2.1.-Acoplamiento Capacitivo Ya que el diseño de los transformadores implica una gran cercanía del primario y el secundario, entre estos devanados aparece un fenómeno eléctrico denominado capacidades de inter devanado. La forma en la cual están representadas eléctricamente aparecen en la figura 4.6

Figura 4.6. Transformadores con acoplamiento capacitivo Estas capacidades pueden servir para que los ruidos de alta frecuencia las usen como trayectoria para pasar desde el primario al secundario. por lo tanto con los valores de capacidad existentes entre los devanados, y a altas frecuencias Z, se convierte en valores muy bajos. Para prevenir lo anterior, o al menos atenuar en gran parte los ruidos que puedan pasar entre los devanados, las capacidades parásitas pueden reducirse grandemente instalando una Pantalla Electrostática o de Faraday entre los devanados primario y secundario. La representación eléctrica está en la figura 4.7.

Figura 4.7. Transformadores con doble acoplamiento capacitivo El doble apantallamiento es muy popular en el mundo de los transformadores trifásicos, más no en el mundo de la protección para equipos electrónicos en especial los computadores, ya que implica unos costos altos en el diseño del transformador. Inclusive en el mundo de los PC hay transformadores que no tiene ningún apantallamiento y el rechazo a los ruidos está por el orden de -20 Db a -40 Db (Atenuaciones de 10 a 100 veces). La pantalla puede ser una hoja de cobre, tan delgada como un "foil" de papel de aluminio colocada entre los devanados primario y el secundario. Observando la figura 2, esta pantalla está aterrizada, con esto se completa la trayectoria para cualquier ruido originado en el primario del transformador. Esto ayuda mucho a que las cargas (equipos electrónicos) conectadas en el secundario no se vean afectadas por estos disturbios. De todas formas, estamos en el mundo físico, por lo tanto no hay perfección y es posible que algún ruido pueda ser transferido al secundario aun con una o varias Pantallas Electrostáticas 4.2.2.- Ruido de Modo Común Es un impulso de ruido que se puede medir entre el conector de tierra y el conector de neutro y al mismo tiempo se puede medir entre la tierra y la fase. Por ser común a ambas líneas con respecto a la tierra se denomina de Modo Común.

El ruido de Modo Común es causado por cosas como las descargas atmosféricas, apertura y cierre de breakers, malas técnicas de aterrizado, falta de tierra, radio transmisores, etc.... De la figura 4.8, se puede concluir que la Pantalla está diseñada para eliminar el ruido de Modo Común. Siempre que la tierra sea trayectoria para el ruido estamos hablando de Modo Común.

Figura 4.8. Ruido común Colocar una Pantalla en los transformadores, aumenta las características de rechazo o atenuación hasta unos -60 Db (1000 veces). Un impulso de 1000 voltios en el primario aparece en el secundario como 1 voltio. Es evidente que este rango de atenuación depende de las frecuencias del ruido. Hay compañías que han logrado atenuaciones de hasta -100 Db (100.000 veces) a frecuencias de unos 500.000 Hz. Hay otra característica adicional de los transformadores de aislamiento que podrían llevarlos a eliminar completamente el ruido de Modo Común. Las normas de seguridad, en especial las de la NEC (National Electric Code) requieren que uno de los terminales del secundario del transformador de aislamiento esté aterrizado y se identifique como neutro. Esta configuración está en la figura siguiente.

Figura 4.9. Conexión de terminales neutro a tierra según el NEC

Un Transformador de Aislamiento permite que la tierra sea restablecida cerca del sistema de cómputo. En realidad, el neutro está sólidamente referenciado a tierra a través de la unión y no a través de cualquier capacidad distribuida que pueda existir en la carga. Cualquier ruido de Modo Común que aparezca en el secundario tiene su corriente cortocircuitada a tierra a través de la unión neutro-tierra del transformador. De lo anterior podemos concluir que cualquier tipo de voltaje desarrollado en la unión es por lo tanto extremadamente bajo. Como se observa también de la figura 4.8, un terminal del secundario, la pantalla y el núcleo están unidos a tierra, proporcionando un solo punto de unión. Es muy claro que si el Transformador está montado en un chasis metálico haciendo parte de un Acondicionador, el chasis está unido a este punto de tierra. Lo que realmente se hace al diseñar un Acondicionador de voltaje es tratar de hacer que la tierra y cualquier otro punto de referencia relacionada con esta, tengan la impedancia más baja posible la una con respecto a la otra. Con lo anterior obtenemos un punto "limpio" y único de referencia de tierra para cualquier cosa conectada al Acondicionador.

4.2.3.- Ruido de Modo Normal Este tipo de disturbio es el que puede ser detectado entre la línea de fase y la línea de neutro. Usualmente son ocasionados por encendidos y apagados de grandes cargas, o por los condensadores que sirven para correcciones del factor de potencia. El voltaje de 120 voltios entre fase y neutro es una señal de Modo Normal. Se transfiere del devanado primario al secundario, por corrientes que inducen cambios en el campo magnético. En un sentido amplio, cualquier variación en la corriente que fluye en el devanado primario implica una variación en el flujo de corriente en el devanado secundario, sin importar la frecuencia del voltaje aplicado. Los principios eléctricos de los transformadores se cumplen para todas las frecuencias, no solo a 60 Hz. Un transformador se diseña para transferir señales de Modo Normal, sin importar que la frecuencia de la señal aplicada este variando. Un transformador de distribución está construido para trabajar señales de 60 Hz con eficiencias cercanas al 97 %.. Evidentemente la eficiencia de este tipo de transformador a señales de otra frecuencia es muy diferente, ya que el comportamiento también lo es. La respuesta de frecuencia por lo tanto no es uniforme, a medida que esta aumenta. Por lo tanto,

la forma de onda de un impulso de ruido se ve afectada y presenta distorsión al pasar por el transformador, pero la amplitud no es afectada apreciablemente. Antes de continuar, existe otra fuente de ruido normal en el secundario de los transformadores y es un "atributo" del mismo y se llama conversión. En realidad es convertir los ruidos de Modo Común del primario en ruidos de Modo Normal en el secundario. La figura 4.10 es una representación gráfica de lo mencionado en el párrafo anterior.

Figura 4.10. Ruido de forma y común y normal utilizando transformadores de aislamiento Al hablar del ruido de Modo Común, determinamos que estos aparecen en los terminales de entrada del transformador. Como estos dos impulsos de ruido son comunes a la línea de fase y neutro, aparecen a través del transformador con un desfase de 180o. Idealmente deberían anularse, pero la realidad es otra. En los transformadores físicos, no ideales, existen imperfecciones, por lo tanto aparecen discontinuidades en las capacidades y en general en las impedancias de los devanados, lo cual afecta la velocidad del ruido viajando a través del primario, lo mismo que la distribución de las corrientes en los alambres. Por lo tanto no hay una cancelación total de las señales de Modo Común. La corriente resultante produce una diferencia de voltaje entre los terminales del devanado secundario del transformador, o entre fase y neutro del mismo. En resumen, en los transformadores reales, los voltajes de Modo Común en el primario tienden a producir voltajes de Modo Normal en el secundario.

4.2.4.- Condensadores de Derivación Como vimos existe ruido de Modo Normal en el secundario de un transformador de aislamiento, ocasionado por los ruidos de Modo Común del primario. Hay dos formas para eliminarlo. La colocación de condensadores entre la línea de fase y el neutro en el lado del secundario, proporcionan una trayectoria de baja impedancia para el ruido de Modo Normal en vez de que sea a través de la carga conectada a este devanado. También el uso de VOM (Varistores) entre la línea de fase y neutro en el secundario controlan los impulsos de alta energía que pasan a través del transformador. La conexión eléctrica típica está en la siguiente figura.

Figura 4.11. Conexión de filtros y varistores en el secundario del transformador de aislamiento

Otra forma sería una segunda pantalla introducida específicamente para eliminar esta conversión. La inductancia de los devanados del secundario del transformador trabajan en conjunto con los condensadores, de la misma forma como lo hace un filtro. La inductancia del secundario disminuye grandemente el tiempo de subida de los impulsos de ruido y el condensador proporciona una trayectoria de retorno del mismo, con esto se obtiene que el ruido se elimine antes de que llega a la carga. Es importante tener cuidado en la elección de los valores apropiados de los condensadores.

Los condensadores trabajan en unión con la inductancia del devanado del Transformador, a medida que la frecuencia aumenta, la reactancia capacitiva disminuye. Lo anterior significa que los ruidos ven cada vez más una trayectoria de más baja impedancia con respecto a la carga y toman esta vía. En adición, la reactancia inductiva asociada con el devanado aumenta, oponiéndose al flujo de corriente de alta frecuencia. La unión de estas virtudes se convierte así en un efectivo filtro de Modo Normal. Esta capacidad ofrece otras ventajas adicionales aparte de la reducción del Modo Normal. Si algún ruido de Modo Común aparece sobre el terminal "vivo" o de fase en el secundario, esta capacidad proporciona una trayectoria de muy baja impedancia a tierra. Además, existe otra ventaja y es el hecho de que si al lado del secundario es generado por la carga algún tipo de ruido de Modo Común, los condensadores crean un "loop" para evitar que sea transferido al primario y de ahí a otros equipos conectados a la red de alterna que alimenta el transformador. De todo lo anterior se concluye que los Acondicionadores de Voltaje, los cuales poseen Transformador de Aislamiento garantizan una completa inmunidad a los ruidos para cualquier carga conectados a ellos. Otro beneficio de los Acondicionadores es su baja impedancia, esto significa que para la carga es como si no existiera el transformador. En el momento en el cual la carga demanda corriente instantánea, el transformador la proporciona. Realmente el significado de un aparato de baja impedancia es que este no limita el paso de corriente por él. Un transformador de aislamiento puede permitir pasos de hasta el 500 a 1000 % de su corriente nominal por pequeños periodos de tiempo. Equipos con impedancias internas muy altas no pueden hacer esto, inclusive pueden deteriorarse. Las fuentes de "suicheo" o conmutación de la mayoría de los equipos electrónicos y en especial de los microcomputadores, manejan la corriente que necesitan solo durante el pico de la onda senoidal, lo que hace que las bajas impedancias de los transformadores de aislamiento sean excelentes para su suministro.

4.2.5.- Concepto del Sistema Con la creciente complejidad de los sistemas aislados es cada vez más importante usar un enfoque de sistemas en el cual todos los componentes trabajen conjuntamente para obtener un resultado específico. Los componentes de un sistema de energía aislado se pueden adquirir por separado; sin embargo, es mucho más fácil y tiene más sentido adquirir un sistema completo. Al desarrollar el sistema completo se consideraron muchos factores: un empaque adecuado y atractivo, un diseño conveniente y facilidad de mantenimiento. Los sistemas por componentes, por otro lado, invariablemente resultan en una duplicación de funciones, altos costos de mano de obra en el sitio, fugas excesivas del sistema y la falta de dependencia en un solo vendedor. La gran variedad de componentes del sistema modular Square D le proporciona al ingeniero consultor electricista y al arquitecto una gran amplitud de diseño. Consecuentemente, es práctico un sistema que se ajuste a las necesidades especiales de cada hospital. A pesar de su gran versatilidad, todos los módulos de Square D se acoplan entre ellos perfectamente. Al diseñar los módulos que formarán el sistema se consideró cada requerimiento importante para los sistemas aislados. Entre estas consideraciones están:       

Temperaturas de operación y del frente del panel Niveles de ruido Fugas mínimas Facilidad de mantenimiento Inter cambiabilidad de componentes Buena apariencia Facilidad de instalación

4.2.6.- Criterios de Aplicación General El sistema debe ser tan pequeño como sea posible para limitar corrientes de fugas. Recuerde que cualquier cosa conectada al sistema aislado aumenta el índice de riesgo total: MAL (LIM), transformador, interruptores, alambrado secundario y cualquier equipo periférico. Se debe mantener el riesgo del sistema debajo del máximo, para permitir la corriente de fuga normal, la cual circulará del equipo en operación con esta fuente de energía. Adicionalmente, el reglamento establece que el sistema sin carga, con el MAL (LIM) desconectado, debe tener una impedancia línea a tierra mínima de 200,000 ohms. En un sistema de 120 Volts, esto corresponde a 600 microamperes medidos con un miliamperímetro conectado entre línea y tierra. Al hablar del tamaño del sistema debemos incluir todo el alambrado entre los interruptores del tablero aislado y sus receptáculos. Cada metro de conductor contribuye a la fuga, por lo que debemos mantener la longitud total en un mínimo. Esto enfatiza la necesidad de colocar el tablero de aislamiento tan cerca como sea posible del punto de uso. El uso de un sistema central, que contiene sistemas de distribución individuales para varias salas de operación o unidades de cuidado intensivo, no es práctico excepto en circunstancias claras. La única vez que tiene sentido un sistema central es cuando su ubicación coincide con la colocación más cercana de los tableros individuales de cada sala. En otros casos, el sistema central resultaría en trayectorias más largas desde el tablero

hasta los receptáculos y dispositivos. Esto incrementaría la corriente peligrosa del sistema.

Anexo 19.pdf

4.3.- Dimensionamiento de los KVA del panel de Aislamiento. Basados en la tabla del Anexo 2 - 4 - 6 se determina la potencia del panel que debe ser ubicado en los laboratorios de cómputo. Se adjuntan archivos.

Anexo 11.xls

Anexo 12.xls

Anexo 16.xls

Anexo 17.xls

4.4.- Presupuesto del proyecto

Anexo 18.xlsx

Anexo 13.xls

Anexo 14.xls

Anexo 15.xls

4.5.- Sistema de Piso Falso

Figura 4.12. Diseño e instalación de piso falso en salas de computo

Los modernos Centros de Cómputo y de Comunicaciones de hoy día, requieren de un manejo adecuado y seguro de sus cables de energía y de comunicaciones, de lo contrario sus operaciones podrían verse interrumpidas por una desconexión involuntaria, tanto del personal interno como externo que visita el Centro de Cómputo. Para evitar este riesgo y otros, los expertos recomiendan la instalación de un Sistema de Piso Falso, que ofrece además otras ventajas que a continuación podemos enumerar. Un Sistema de Piso Falso, en contra de lo que muchas personas creen, es mucho más que un simple detalle de valor estético. Se llegó a su creación y desarrollo en respuesta a las exigencias especiales que presentan los centros de información y de comunicaciones en el manejo de sus cables de comunicación y de electricidad. Permite una mejor segregación y distribución de los diferentes cableados.

Además posee la conductividad eléctrica requerida para evitar las peligrosas descargas de electricidad estática, fatales para los delicados dispositivos electrónicos que se intenta proteger. Y por último, pero no menos importante, están sus cualidades estéticas. Su sobria belleza y elegancia darán a su Centro de Cómputo un ambiente moderno, muy acorde a la imagen que toda empresa progresista debe proyectar. Por otro lado, la sensación de comodidad y bienestar que tal ambiente produce en el personal que debe permanecer largas horas dentro de él, se traducirá en un mayor rendimiento y eficiencia. Además posee la conductividad eléctrica requerida para evitar las peli grosas descargas de electricidad estática, fatales para los delicados dispositivos electrónicos que se intenta proteger. Y por último, pero no menos importante, están sus cualidades estéticas. Su sobria belleza y elegancia darán a su Centro de Cómputo un ambiente moderno, muy acorde a la imagen que toda empresa progresista debe proyectar. Por otro lado, la sensación de comodidad y bienestar que tal ambiente produce en el personal que debe permanecer largas horas dentro de él, se traducirá en un mayor rendimiento y eficiencia.

Conclusiones El presente Proyecto tuvo como objetivo principal el determinar los posibles inconvenientes que se suscitarían en los Laboratorios de Sistemas de Computo producto de un inadecuado Sistema de Puesta a Tierra, pues de hecho existen inconvenientes eléctricos que son indicados oportunamente en el presente Informe, sin embargo es importante detallar que lo realizado técnicamente en los Laboratorios NO es lo adecuado y que en virtud de ello presentamos posibles soluciones parciales y sobre todo funcionales que si bien es cierto mejoraran la utilidad de los equipos y su operación, pero NO es una solución definitiva para ello. Además debemos mencionar que el presente Estudio Técnico Eléctrico brinda una ventana de oportunidades para mejorar el Sistema Eléctrico de nuestros Laboratorios de Computo con inversión propia e investigación de nuestros estudiantes orientados a la problemática que vivimos en el Nuevo Campus. En vista de ello esperamos que nuestras sugerencias e inquietudes sean puestas en práctica con el firme propósito de mejorar los Servicios que presta nuestra Institucion.

Recomendaciones En base al estudio realizado se recomienda mejorar los siguientes puntos. Realizar la correcta conexión y polarización de los tomacorrientes ya que existen tomas que tienen conectado el cable de tierra como neutro y viceversa. Colocar tomacorrientes polarizados de color naranja como indica la norma. Cambio de ductos ya que en la actualidad se encuentran colocadas mangueras para agua. Cambio de acometidas ya que en la actualidad calibre es muy inferior y también presentan empalmes. Se recomienda colocar barra equipotencial de cobre para la conexión de todas las líneas de tierra de los computadores y interconectarla con la malla a tierra del campus. Balancear cargas de los paneles ya que al momento hay desbalance de corriente ne las fases Instalación de paneles de aislamiento para evitar filtración de ruidos y corrientes armonicas y demás problemas de la red. Instalación de un panel de distribución centralizado para alimentación de los paneles de aislamiento de los laboratorios del nuevo campus.

Referencias Bibliográficas [1] Mc Graw Hill – Soluciones Practicas Para la Puesta a Tierra de Sistemas Eléctricos de Distribucion [2] IEEE 1100-2005- Recommeded Practice Powering and Grounding Electronic Equipment. [3] IEC 60479- Efectos de la circulación de corriente en el cuerpo humano [4] PC Power Protection de Mark Walker. [5] Estándar 1449 2ª.edicion - Supresor de transitorios encapsulado

1

Anexo 1 resistencias y reactancias de ca para cables de 600 voltios, trifasicos, 60Hz, 75°C (167°F) - tres conductores sencillos en conduit Ohms a neutro por cada 1000 pies Z efectiva a FP de 0.85 XL (Reactancia) Resistencia de ca para Resistencia de ca para para alambres de cobre para todos los todos los alambres de alambres de aluminio sin recubrimiento cobre sin recubrimiento alambres calibre condui condui condui condui condui condui condui condui condui condui condui AWG/Kcm t PVC, t acero t PVC t Al t acero t PVC t Al t acero t PVC t Al t acero il Al 14 0.058 0.073 3.1 3.1 3.1 2.7 2.7 2.7 12 0.054 0.068 2.0 2.0 2.0 3.2 3.2 3.2 1.7 1.7 1.7 10 0.050 0.063 1.2 1.2 1.2 2.0 2.0 2.0 1.1 1.1 1.1 8 0.052 0.065 0.78 0.78 0.78 1.3 1.3 1.3 0.69 0.69 0.70 6 0.051 0.064 0.49 0.49 0.49 0.81 0.81 0.81 0.44 0.45 0.45 4 0.048 0.060 0.31 0.31 0.31 0.51 0.51 0.51 0.29 0.29 0.30 3 0.047 0.059 0.25 0.25 0.25 0.40 0.41 0.40 0.24 0.24 0.24 2 0.045 0.057 0.19 0.20 0.20 0.32 0.32 0.32 0.19 0.19 0.20 1 0.046 0.057 0.15 0.16 0.16 0.25 0.26 0.25 0.16 0.16 0.16 1/0 0.044 0.055 0.12 0.13 0.12 0.20 0.21 0.20 0.13 0.13 0.13 2/0 0.043 0.054 0.10 0.10 0.10 0.16 0.16 0.16 0.11 0.11 0.11 3/0 0.042 0.052 0.077 0.082 0.079 0.13 0.13 0.13 0.088 0.092 0.094 4/0 0.041 0.051 0.062 0.067 0.063 0.10 0.11 0.10 0.074 0.078 0.080 250 0.041 0.052 0.052 0.057 0.054 0.085 0.090 0.086 0.066 0.070 0.073 300 0.041 0.051 0.044 0.049 0.045 0.071 0.076 0.072 0.059 0.063 0.065 350 0.040 0.050 0.038 0.043 0.039 0.061 0.066 0.063 0.053 0.058 0.060 400 0.40 0.049 0.033 0.038 0.035 0.054 0.059 0.055 0.049 0.053 0.056 500 0.039 0.048 0.027 0.032 0.029 0.043 0.048 0.045 0.043 0.048 0.050 600 0.039 0.048 0.023 0.028 0.025 0.036 0.041 0.038 0.040 0.044 0.047 750 0.038 0.048 0.019 0.024 0.021 0.029 0.034 0.031 0.036 0.040 0.043 1000 0.037 0.046 0.015 0.019 0.018 0.023 0.027 0.025 0.032 0.036 0.040

Z efectiva a FP de 0.85 para alambres de aluminio

calibre condui condui condui AWG/Kcm t PVC t Al t acero il 14 2.8 2.8 2.8 12 1.8 1.8 1.8 10 1.1 1.1 1.1 8 0.71 0.72 0.72 6 0.46 0.46 0.46 4 0.37 0.37 0.37 3 0.30 0.30 0.30 2 0.24 0.24 0.25 1 0.19 0.20 0.20 1/0 0.16 0.16 0.16 2/0 0.13 0.13 0.14 3/0 0.11 0.11 0.11 4/0 0.094 0.098 0.10 250 0.083 0.086 0.088 300 0.073 0.077 0.080 350 0.066 0.071 0.073 400 0.057 0.061 0.064 500 0.051 0.055 0.058 600 0.045 0.049 0.052 750 0.039 0.042 0.046 1000

Anexo 2

PLANILLA DE CIRCUITOS DERIVADOS CIRCUITOS DEL PANEL LAB 1 PANEL

PD-A PLANTA BAJA 120/240V 1ø 16 ESPACIOS

Numero Tension Conductor # de puntos Fase A1 1 120 12 4 A A2 2 120 12 4 A A3 3 120 12 4 A A4 4 120 12 5 A A5 5 120 12 4 B A6 6 120 12 1 B

DISYUNTOR Pot Unitaria 300 300 300 300 300 300

Pot Total 1200 1200 1200 1500 1200 300

SERVICIO Amperios Polos 3,9 1 Tomacorrientes Fila 1 - 2 2,48 1 Tomacorrientes Fila 7 - 8 3,9 1 Tomacorrientes Fila 3 - 4 2,48 1 Tomacorrientes Fila 9 - 10 3,4 1 Tomacorrientes Fila 5 - 6 0,31 1 Rack

Anexo 4 PLANILLA DE CIRCUITOS DERIVADOS CIRCUITOS DEL PANEL LAB 2 PANEL

PD-A PLANTA BAJA 120/240V 1ø 16 ESPACIOS

Numero Tension Conductor # de puntos Fase A1 1 120 12 4 A A2 2 120 12 1 B A3 3 120 12 4 A A4 4 120 12 4 B A5 5 120 12 2 A A6 6 120 12 7 B

DISYUNTOR Pot Unitaria 300 300 300 300 300 300

Pot Total 1200 300 1200 1200 600 2100

SERVICIO Amperios Polos 2,9 1 Tomacorrientes Fila 9 - 10 0,35 1 Rack 2,7 1 Tomacorrientes Fila 7 - 8 2,97 1 Tomacorrientes Fila 3 - 4 1,3 1 Tomacorrientes Fila 5 - 6 4,9 1 Tomacorrientes Fila 1 - 2

Anexo 6 PLANILLA DE CIRCUITOS DERIVADOS CIRCUITOS DEL PANEL LAB 4-5-6-7-8 PANEL

Pot Numero Tension Conductor # de puntos Fase Unitaria 120 12 10 A 300 A1- A3 120 12 10 A 300 120 12 10 A 300 A2- A4 120 12 10 A 300 PD-A 120 12 8 B 300 PISO 2 A5- A7 120/240V 1ø 12 120 12 12 B 300 ESPACIOS 120 12 10 B 300 A6- A8 120 12 10 B 300 120 12 8 A 300 A9A11 120 12 12 A 300

DISYUNTOR Pot Total Amperios Polos 3000 6,06 1 3000 5,9 1 3000 6,3 1 3000 5,9 1 2400 4,1 1 3600 6 1 3000 6 1 3000 5 1 2400 6,2 1 3600 4 1

SERVICIO Tomacorrientes Fila 1-2-3-4 Tomacorrientes Fila 5-6-7-8 Tomacorrientes Fila 5-6-7-8 Tomacorrientes Fila 1-2-3-4 Tomacorrientes Fila 2-4-6-8 Tomacorrientes Fila 1-3-5-7 Tomacorrientes Fila 1-2-3-4 Tomacorrientes Fila 5-6-7-8 Tomacorrientes Fila 2-4-6-8 Tomacorrientes Fila 1-3-5-7

UBICACIÓN Laboratorio 4 Laboratorio 5 Laboratorio 6 Laboratorio 7 Laboratorio 8

Anexo 8: Laboratorio 1

Foto 1. Lado izquierdo del laboratorio el cual está conformado por 10 computadores, que se componen de monitores LCD, CPU, Teclado, mouse y parlantes.

Foto 2.

Lado derecho del laboratorio el cual está conformado por 10 computadores, que se componen de monitores LCD, CPU, Teclado, mouse y parlantes.

Foto 3.

Panel de breackers de 16 espacios GE el cual alimenta tomacorrientes de computadoras, y equipo de sistemas (Rack).

Foto 4.

Parte interna de panel en el cual se puede notar que no existe barra de tierra aislada para los computadores.

Anexo 9: Laboratorio 2. Foto 5

Lado izquierdo del laboratorio el cual está conformado por 10 computadores que se componen de monitores LCD, CPU, Teclado, mouse y parlantes.

Foto 6.

Lado derecho del laboratorio el cual está conformado por 10 computadores, que se componen de monitores LCD, CPU, Teclado, mouse y parlantes.

Foto 7.

Panel de breackers de 16 espacios GE, el cual alimenta tomacorrientes de computadoras, y equipos de sistemas

Foto 8.

Parte interna de panel en el cual se puede notar que no existe barra de tierra aislada para los computadores.

Anexo 10: Laboratorio 4-5-6-7-8 presentan igual diseño de arquitectura y equipos. Foto 9.

Lado izquierdo del laboratorio el cual está conformado por 8 computadores que se componen de monitores LCD, CPU, Teclado y mouse.

Foto 10.

Lado derecho del laboratorio el cual está conformado por 12 computadores que se componen de monitores LCD, CPU, Teclado y mouse.

Foto 11

Computador de profesor, independiente de circuito eléctrico de computadores de laboratorio.

Foto 12.

Parte interna de panel en el cual se puede notar que no existe barra de tierra aislada para los computadores. Este tablero está ubicado en el segundo piso de la universidad. Tablero solo tiene dos circuitos para cada laboratorio.

Anexo 11

Datos de potencia tomados de la tabla del anexo 2 Dimensionamiento de los KVA del panel de Aislamiento.

Cosθ =

S=

P S

S=

P Cos θ

6.6 Kw = 7.3KVA 0.9

Potencia total instalada = 6,6 KW Panel de 7.5 KVA

Anexo 12

Datos de potencia tomados de la tabla del anexo 4 Dimensionamiento de los KVA del panel de Aislamiento.

Cosθ =

S=

P S

S=

P Cos θ

6.6 Kw = 7.3KVA 0.9

Potencia total instalada = 6,6 KW Panel de 7.5 KVA

Anexo 13

Datos de potencia tomados de la tabla del anexo 6 Dimensionamiento de los KVA del panel de Aislamiento.

Cosθ =

S=

P S

S=

P Cos θ

6 Kw = 6.66KVA 0.9 Panel de 7.5 KVA

Nota: En este caso solo se toma la potencia del laboratorio 4 ya que cada laboratorio debería constar con un panel independiente

Anexo 14

Datos de potencia tomados de la tabla del anexo 6 Dimensionamiento de los KVA del panel de Aislamiento.

Cosθ =

S=

P S

S=

P Cos θ

6 Kw = 6.66KVA 0.9 Panel de 7.5 KVA

Nota: En este caso solo se toma la potencia del laboratorio 5 ya que cada laboratorio deberia constar con un panel independiente

Anexo 15

Datos de potencia tomados de la tabla del anexo 6 Dimensionamiento de los KVA del panel de Aislamiento.

Cosθ =

S=

P S

S=

P Cos θ

6 Kw = 6.66KVA 0.9 Panel de 7.5 KVA

Nota: En este caso solo se toma la potencia del laboratorio 6 ya que cada laboratorio deberia constar con un panel independiente

Anexo 16

Datos de potencia tomados de la tabla del anexo 6 Dimensionamiento de los KVA del panel de Aislamiento.

Cosθ =

S=

P S

S=

P Cos θ

6 Kw = 6.66KVA 0.9 Panel de 7.5 KVA

Nota: En este caso solo se toma la potencia del laboratorio 7 ya que cada laboratorio deberia constar con un panel independiente

Anexo 17

Datos de potencia tomados de la tabla del anexo 6 Dimensionamiento de los KVA del panel de Aislamiento.

Cosθ =

S=

P S

S=

P Cos θ

6 Kw = 6.66KVA 0.9 Panel de 7.5 KVA

Nota: En este caso solo se toma la potencia del laboratorio 8 ya que cada laboratorio debería constar con un panel independiente

Referencias Bibliográficas [1] Mc Graw Hill – Soluciones Practicas Para la Puesta a Tierra de Sistemas Eléctricos de Distribucion [2] IEEE 1100-2005- Recommeded Practice Powering and Grounding Electronic Equipment. [3] IEC 60479- Efectos de la circulación de corriente en el cuerpo humano [4] PC Power Protection de Mark Walker. [5] Estándar 1449 2ª.edicion - Supresor de transitorios encapsulado