Toma de tierra

• Sistemas con neutro aislado
• Diagrama esquemático de un sistema de TI.

En un sistema de TI , el neutro de la fuente de alimentación está aislado de la tierra o conectado a tierra a través de aparatos o dispositivos de alta impedancia, y las partes conductoras expuestas están conectadas a tierra. La corriente de fuga al marco oa tierra en dicho sistema será baja y no afectará las condiciones de operación del equipo conectado.

El sistema IT se utiliza, por regla general, en instalaciones eléctricas de edificios y estructuras para fines especiales, que están sujetas a mayores requisitos de confiabilidad y seguridad, por ejemplo, instalaciones eléctricas de minería subterránea y minas de carbón, mientras se crean condiciones de operación seguras para personal de mantenimiento (cuando aparece un potencial en la instalación eléctrica con respecto a tierra) y la exclusión de explosiones de polvo y gas, los llamados dispositivos de protección contra corrientes de fuga de minas se instalan sin falta ; El sistema de TI también se puede utilizar en hospitales para energía e iluminación de emergencia.

Las centrales eléctricas portátiles de gasolina y diésel tienen un neutro aislado, lo que hace posible el uso seguro de aparatos eléctricos conectados a ellas sin conexión a tierra, lo que es problemático en condiciones de "campo".

Anteriormente, un sistema con un neutro aislado también se usaba mucho en los sistemas de suministro de energía para edificios residenciales, especialmente los de madera sin amueblar. , cuyas líneas de suministro también estaban conectadas a través de postes de madera. En la URSS, las redes eléctricas domésticas de tensión 127/220 V tenían únicamente un neutro aislado, aunque las redes industriales de tensión 220/380 V de aquellos años ya contaban con un neutro puesto a tierra. Esto se debió al hecho de que era problemático organizar una conexión a tierra confiable de un panel eléctrico y electrodomésticos en una casa de madera, además, si la conexión a tierra estaba disponible, el riesgo de incendio aumentaba cuando el cable de fase se cerraba o se filtraba corriente. al electrodo de tierra, que en sistemas con neutro sólidamente puesto a tierra alcanza cientos de amperios. En sistemas y neutro aislado, esta corriente es mínima (miliamperios - unidades de amperios). Un neutro aislado, combinado con la ausencia de elementos conductores conectados a tierra naturalmente (accesorios, plomería, alcantarillado) en una casa de madera sin amueblar y un voltaje relativamente bajo (127 V), redujo adicionalmente el riesgo de descarga eléctrica durante el contacto monofásico a un mínimo. Esta característica de las primeras redes domésticas llevó al hecho de que muchas personas no percibían la corriente eléctrica como una fuente de mayor peligro, y el trabajo de reemplazo de bombillas, reparación de enchufes e interruptores a menudo se realizaba sin apagar la red. El uso de dispositivos de protección clase 0 contra descargas eléctricas también fue bastante seguro. En una red con neutro aislado, con conexión monofásica, ambos conductores son iguales y no se dividen en fase y neutro. Por esta razón, en las casas antiguas, se colocaron fusibles en ambos conductores en la entrada del apartamento (en sistemas con un neutro conectado a tierra, es inaceptable instalar un fusible en el cable neutro).

Las redes con un neutro aislado se han conservado incluso con el comienzo de la difusión de casas cómodas de hormigón armado con paredes conductoras y tuberías conectadas a tierra. Este factor aumentó drásticamente el riesgo de descarga eléctrica en la vida cotidiana, ya que inevitablemente se produjo una fuga de corriente incontrolada a tierra en una casa de hormigón armado, por lo que uno de los cables de fase podría conectarse involuntariamente a las estructuras conductoras del edificio y el suelo. . Pero dado que el neutro está aislado, no hubo corriente de cortocircuito, no se detectó el hecho de fuga de corriente al edificio y al suelo, y la red podría funcionar en modo de emergencia durante mucho tiempo. En tal situación, un contacto accidental con otro conductor de fase por parte de una persona (o un dispositivo con aislamiento roto) ubicado en un piso de concreto, en un baño o en un lavabo se volvió extremadamente peligroso, ya que la persona estaba bajo tensión lineal. Por lo tanto, con el comienzo de la construcción masiva de casas de hormigón armado ("Khrushchev"), las redes domésticas comenzaron a construirse según un sistema con un neutro conectado a tierra: en las décadas de 1960 y 1980, según el sistema TN-C, y desde la década de 1990, según el sistema TN-CS. En las áreas rurales, especialmente en el norte, las redes neutrales aisladas tardaron más en construirse, hasta la década de 1980.

En áreas con resistividad eléctrica del suelo muy alta (áreas desérticas, áreas de permafrost), donde es extremadamente difícil implementar una conexión a tierra neutra confiable, también se pueden construir redes con neutro aislado. Hay muchas redes de este tipo en Turkmenistán y Yakutia . También se utiliza un neutro aislado en las estaciones polares del Ártico. Al mismo tiempo, es responsabilidad del personal de los grupos electrógenos diésel monitorear la corriente de secuencia cero, que se vuelve diferente de cero durante una falla a tierra monofásica.

Función protectora de puesta a tierra

Las conexiones a tierra de protección evitan que una persona reciba bajo voltaje (descarga eléctrica), lo cual es posible en caso de daños en el aislamiento del equipo eléctrico o contacto con cables rotos. Todas las partes externas de metal y los marcos de los equipos eléctricos están sujetos a una conexión a tierra de protección.

El principio de puesta a tierra de protección

El efecto protector de la puesta a tierra se basa en dos principios:

• Reducción a un valor seguro de la diferencia de potencial entre un objeto conductor conectado a tierra y otros objetos conductores que tienen una conexión a tierra natural.
• Eliminación de la corriente de fuga cuando un objeto conductor puesto a tierra hace contacto con un conductor de fase. En un sistema correctamente diseñado, la aparición de una corriente de fuga provoca la activación inmediata de los dispositivos de protección (dispositivos de corriente residual  - RCD).
• En sistemas con un neutro sólidamente conectado a tierra: iniciación de un fusible cuando un potencial de fase golpea una superficie conectada a tierra.

Por lo tanto, la conexión a tierra es más efectiva solo en combinación con el uso de dispositivos de corriente residual. En este caso, con la mayoría de las fallas de aislamiento, el potencial de los objetos conectados a tierra no excederá los valores seguros. Además, la sección defectuosa de la red se apagará por un tiempo muy corto (décimas ... centésimas de segundo: el tiempo de respuesta de RCD).

Trabajos de puesta a tierra en caso de mal funcionamiento de equipos eléctricos

Un caso típico de mal funcionamiento de un equipo eléctrico es la entrada de tensión de fase en la carcasa metálica del dispositivo debido a una falla en el aislamiento [13] . Los aparatos eléctricos modernos que tienen una fuente de alimentación secundaria de conmutación y están equipados con un enchufe de tres polos, como una unidad de sistema de PC, en ausencia de conexión a tierra, tienen un potencial peligroso en el caso, incluso cuando son completamente funcionales. [14] ) Dependiendo de qué medidas de protección se implementen, son posibles las siguientes opciones:

• La carcasa del dispositivo estará bajo potencial de fase y esto no será detectado de ninguna manera . Tocar un dispositivo que funciona mal puede ser fatal.

• Si la corriente de fuga en el circuito de puesta a tierra de la caja de fase es lo suficientemente grande (supera el umbral de disparo del fusible que protege este circuito), el fusible se disparará y apagará el circuito. El voltaje efectivo más alto (relativo a tierra) en una caja puesta a tierra será U max = R G I F , donde R G es la resistencia del electrodo de tierra, I F es la corriente a la que se activa el fusible que protege este circuito. Esta opción no es lo suficientemente segura, ya que con una alta resistencia del electrodo de tierra y valores nominales de fusibles grandes, el potencial en el conductor puesto a tierra puede alcanzar valores bastante significativos. Por ejemplo, con una resistencia de puesta a tierra de 4 ohmios y un fusible de 25 A, el potencial puede alcanzar los 100 voltios .

• La carcasa del dispositivo estará en fase potencial y esto no se detectará hasta que haya un camino para que pase la corriente de fuga. En el peor de los casos, se producirá una fuga a través del cuerpo de una persona que haya tocado tanto un dispositivo defectuoso como un objeto que tenga una conexión a tierra natural. El RCD desconecta la sección de la red con un mal funcionamiento tan pronto como se produce una fuga. Una persona recibirá solo una descarga eléctrica a corto plazo (0.01 ... 0.3 s - el tiempo de operación del RCD), que, por regla general, no causa daño a la salud.

• Esta es la opción más segura ya que las dos medidas de protección se complementan. Cuando un voltaje de fase golpea un conductor puesto a tierra, la corriente fluye desde el conductor de fase a través de una falla de aislamiento hacia el conductor de tierra y más hacia la tierra. El RCD detecta inmediatamente esta fuga, incluso si es muy insignificante (generalmente, el umbral de sensibilidad del RCD es de 10 mA o 30 mA), y rápidamente (0,01 ... 0,3 s) desconecta la sección de la red con un mal funcionamiento. Además, si la corriente de fuga es lo suficientemente alta (superior al umbral del fusible que protege ese circuito), el fusible también puede fundirse. Qué dispositivo de protección (RCD o fusible) apagará el circuito depende de su velocidad y corriente de fuga. También es posible que ambos dispositivos funcionen. También es importante que solo en este caso, la falla de cualquiera de los dos dispositivos de protección no conducirá a la inoperancia completa del sistema de protección.

Errores en el dispositivo de puesta a tierra

• Ejemplos de errores en el dispositivo de puesta a tierra

• Ejemplo de instalación incorrecta: conexión del cero de trabajo y el conductor PE en el bloque de terminales superior derecho.

• El inserto de plástico no conductor (R4) evita que fluya la corriente.

• Falso disparo de RCD (F4) al combinar ceros después del punto de división.

• ¿Por qué es extremadamente peligroso crear un conductor PE directamente en el enchufe (enchufe)?

Conductores PE incorrectos

A veces, las tuberías de agua o las tuberías de calefacción se utilizan como conductor de tierra, pero no se pueden usar como conductor de tierra [15] . Puede haber insertos no conductores en la tubería (como tuberías de plástico), el contacto eléctrico entre las tuberías puede romperse debido a la corrosión y, finalmente, una parte de la tubería puede desmantelarse para repararla. También existe peligro de descarga eléctrica cuando entra en contacto con partes conductoras de tuberías.

"Tierra Pura"

Una creencia popular es que las instalaciones informáticas y telefónicas requieren una conexión a tierra separada de la tierra general del edificio.

Tal opinión es válida solo en el caso del requisito y / u organización de la puesta a tierra funcional , necesaria para el correcto funcionamiento del equipo.
Al organizar una conexión a tierra de protección , tal creencia será completamente incorrecta, porque el cargador tiene una resistencia distinta de cero y, en caso de un cortocircuito (e incluso una pequeña fuga que no es detectada por la automática) fase - PE en uno de los dispositivos, una corriente comienza a fluir a través del cargador y su potencial crece a partir de la resistencia de la memoria. Si hay 2 o más cargadores independientes, esto dará lugar a una diferencia de potencial entre los PE de diferentes instalaciones eléctricas, lo que puede crear un riesgo de descarga eléctrica para las personas, así como bloquear (o incluso destruir) los dispositivos de interfaz sin aislamiento galvánico que conectar 2 partes del sistema, puestas a tierra desde memoria independiente.

La decisión correcta es organizar un sistema de compensación de potencial.

Lo anterior también se aplica a las implementaciones "artesanales", por ejemplo, que a veces se usa en áreas rurales, el método de conectar a tierra un dispositivo conectándolo a un contacto de metal enterrado (por ejemplo, un balde).

Combinando cero de trabajo y conductor PE

Otra violación común es la unión del cero de trabajo y el conductor PE más allá del punto de su separación (si lo hay) a lo largo de la distribución de energía. [16] Tal violación puede conducir a corrientes bastante significativas en el conductor PE (que no debería conducir corriente en el estado normal), así como disparos falsos del dispositivo de corriente residual (si está instalado).

Separación incorrecta del conductor PEN

La siguiente forma de "crear" un conductor PE es extremadamente peligrosa : se determina un conductor neutro que funcione directamente en el enchufe y se coloca un puente entre él y el contacto PE del enchufe. Por lo tanto, el conductor PE de la carga conectada a esta salida está conectado al cero de trabajo.

El peligro de este circuito es que aparecerá un potencial de fase en el contacto de puesta a tierra de la toma, y ​​por tanto en la carcasa del aparato conectado, si se cumple alguna de las siguientes condiciones:

• Ruptura (desconexión, quemado, etc.) del conductor neutro en el área entre el enchufe y el blindaje (y más allá, hasta el punto de puesta a tierra del conductor PEN);
• Intercambiando los conductores de fase y cero (fase en lugar de cero y viceversa) que van a esta salida.

Sistema de ecualización de potencial (SES)

Dado que el cargador tiene resistencia, y si la corriente fluye a través de él, se energiza, por sí solo no es suficiente para proteger a las personas de una descarga eléctrica.

La protección adecuada se crea organizando un sistema de ecualización de potencial (SES), es decir, la conexión eléctrica del cableado de PE y todas las partes metálicas del edificio accesibles al tacto (principalmente tuberías de agua y tuberías de calefacción).

En este caso, incluso si el cargador está energizado, todo lo que sea metálico y accesible al tacto está debajo de él, lo que reduce el riesgo de descarga eléctrica.

En las casas de ladrillo del período soviético, por regla general, el EMS no estaba organizado, mientras que en las casas de paneles (años 70 y posteriores) se organizaba conectando el marco de los paneles eléctricos ( PEN ) y las tuberías de agua en el sótano de la casa.

En áreas con alta resistividad eléctrica del suelo (desiertos, zonas de permafrost), la compensación de potencial debe realizarse no solo dentro del edificio, sino también entre edificios. Por ejemplo, en Norilsk los edificios están unidos por un circuito de tierra común, alrededor de cada edificio hay pines de ecualización de potencial en el suelo. Al mismo tiempo, el bucle de tierra común de los edificios se conecta al bucle de tierra de CHPP-1, formando, de hecho, "tierra artificial". Sin embargo, los electrodos de tierra principales todavía están sumergidos en cuerpos de agua que no se congelan (lago Dolgoe y otros), lo que proporciona una conexión eléctrica con la "tierra natural". Existe un sistema similar en varias ciudades de Asia Central. Pero, por ejemplo, en Arkalyk , donde no hay embalses, la "tierra artificial" resulta estar aislada.

Notas

1. ↑ 1 2 3 4 5 6 Capítulo 1.7 PUESTA A TIERRA Y SEGURIDAD ELÉCTRICA. Área de aplicación. Términos y definiciones. Reglas para la instalación de instalaciones eléctricas (PUE) Séptima edición. Aprobado por la Orden del Ministerio de Energía de Rusia con fecha 08.07.2002 No. 204
2. ↑ Cada término en una sección está anclado para referencia por nombre de término o identificador IEV.
3. ↑ GOST R 57190-2016 Seccionadores de puesta a tierra y dispositivos de puesta a tierra para diversos fines. Términos y definiciones . Archivado el 3 de diciembre de 2020 en Wayback Machine .
4. ↑ GOST R IEC 60050-195-2005 Puesta a tierra y protección contra descargas eléctricas. Términos y definiciones . Archivado el 24 de julio de 2021 en Wayback Machine .
5. ↑ Solo se proporciona un identificador IEV, principalmente en la Parte 195 - Puesta a tierra y protección contra descargas eléctricas. En otras partes: 601 - Centrales eléctricas, 826 - Instalaciones eléctricas, etc., suelen existir términos idénticos o modificados.
6. ↑ GOST 30331.1-2013 (IEC 60364-1:2005) Instalaciones eléctricas de baja tensión. Parte 1. Disposiciones básicas, valoración de las características generales, términos y definiciones . Archivado el 19 de octubre de 2020 en Wayback Machine .
7. ↑ Lineamientos para el diseño, construcción y operación de puestas a tierra en instalaciones de comunicación alámbrica y nodos de radiodifusión. - Moscú: Comunicación, 1971.
8. ↑ Consejo Electrotécnico Central (CEC). Nota explicativa del proyecto de reglas de cálculo y dispositivos de puesta a tierra en instalaciones de corriente alterna de alta tensión (más de 1000 V) // Elektrotekhnika. - 1933. - Noviembre ( N° 18 ).
9. ↑ 1 2 GOST R 50571.3-2009 (IEC 60364-4-41:2005) Instalaciones eléctricas de baja tensión. Parte 4-41. Requerimientos de seguridad. Protección contra descargas eléctricas . Archivado el 14 de junio de 2021 en Wayback Machine .
10. ↑ Pág. 1.1.29 PUE.
11. ↑ Chronik der Elektrotechnik  (alemán) . Consultado el 2 de febrero de 2021. Archivado desde el original el 28 de febrero de 2021.
12. ↑ Bet. Ausführung von Erdung usw  (alemán)  // ETZ. Elektrotechnische Zeitschrift Berlín. - 1914. - Bd. 35 . - S. 102-105, 132-134, 166-168, 400-402 . — ISSN 0170-1711 .
13. ↑ Para otros tipos de fallas, la conexión a tierra es menos efectiva y, por lo tanto, no se trata aquí.
14. ↑ En el circuito de una fuente de alimentación secundaria de conmutación, hay condensadores ordinarios o de paso de entrada conectados entre los conductores de alimentación y (en el caso de una caja metálica y un enchufe tripolar) entre cada conductor de alimentación y la caja del dispositivo. , en este caso representan un divisor de tensión que informa el potencial de la carcasa, aproximadamente igual a la mitad de la tensión de alimentación. Este potencial suele estar presente incluso cuando el instrumento está apagado por su medio. La presencia de potencial en la carcasa se puede verificar mediante una sonda de neón.
15. ↑ págs. 1.7.122 y 1.7.123 PUE.
16. ↑ Pág. 1.7.135 PUE.

Literatura

• Korablev V.P. Seguridad eléctrica en preguntas y respuestas. - M., trabajador de Moscú, 1988. - 301 p.
• Introducción a la ingeniería eléctrica / Endel Risthein. - Tallin: Elektriajam, 2008. - Capítulo 4 .
• CEI 61140:2016. Protección contra descargas eléctricas. Aspectos comunes para la instalación y el equipamiento. Edición 4.0. – Ginebra: IEC, 2016-01.
• GOST IEC 61140–2012. Protección contra descargas eléctricas. Disposiciones generales para la seguridad de las instalaciones y equipos.
• Kharechko Yu.V. Fundamentos de puesta a tierra de redes eléctricas e instalaciones eléctricas de edificios. 6ª ed., revisada. y adicional – M.: PTF MIEE, 2012. – 304 p.
• CEI 60364-5-54:2011. Instalaciones eléctricas de baja tensión. Parte 5-54: Selección y montaje de equipos eléctricos. Arreglos de puesta a tierra y conductores de protección. Edición 3.0. – Ginebra: IEC, 2011-03.
• GOST R 50571.5.54–2013/IEC 60364-5-54:2011. Instalaciones eléctricas de baja tensión. Capítulo 5-54. Selección e instalación de equipos eléctricos. Dispositivos de puesta a tierra, conductores de protección y conductores de compensación de potencial de protección.

Enlaces

• Modos de puesta a tierra del neutro en redes de 0,4 kv. Pros y contras de varias opciones  / Sergey Titenkov (Ph.D. ) // Noticias de ingeniería eléctrica  : Diario. - 2015. - Nº 4 (94).