viernes, 10 de septiembre de 2021

Puesta a tierra de protección contra descargas eléctricas

 La puesta a tierra de protección contra descargas eléctricas, evita que  partes metálicas se energicen, y se produzcan toques.

Puesta a tierra de protección contra descargas eléctricas

En México un toque es una sacudida por descarga eléctrica https://dle.rae.es/toque

En condiciones normales en un circuito eléctrico, la corriente eléctrica va canalizada por los materiales aislantes.

Tomacorriente con entrada de puesta a tierra de protección

Ante una falla del material aislante, la corriente puede tomar otra ruta.

Cuando lo hace atreves de materiales conductores, como las estructuras metálicas de máquinas y aparatos eléctricos, estos equipos dan toques.

La razón la estructura de equipos se pone a potencial, existirá un voltaje entre su estructura y tierra.

Para evitarlo se realiza la puesta a tierra de protección contra descargas eléctricas.

Puesta a tierra de estructuras metálicas y su alimentación

La conexión de estructuras mecánicas viene de fábrica o en su defecto la debemos realizar.

Cuando conectamos a tierra estructuras metálicas, preparamos solo una parte de un circuito, que se complementa cuando las estructuras  se ponen a potencial eléctrico.

Le creamos un camino de poca resistencia, por el que se descargara el potencial de falla, hasta la tierra de protección contra descarga eléctrica.

Puesta a tierra de protección

La terminal redonda de la clavija  va a un conductor y este a un  conector de las partes metálicas de las maquinas, dichas piezas  metálicas son conductoras, y se pueden poner con tensión eléctrica.

Los tomacorrientes utilizados, tienen 3 entradas, por lo que se requieren tres conductores.

El de aislante negro va a la línea viva, entrada recta chica (tornillo dorado), el conductor de aislante blanco es el conductor neutro línea  va a entrada recta grande (tornillo plateado).

 La entrada  redonda  (tornillo  de color verde) es para poner a tierra (grounding), se utiliza  un conductor de aislante  verde para realiza la toma a tierra.

Mecatrónica, Cetro Mexicano Francés del Conalep

Enlace

Video   "Que es tierra física, como se conecta y para qué sirve"

miércoles, 8 de septiembre de 2021

Puesta a tierra del conductor neutro

La puesta a tierra del conductor neutro en la alimentación monofásica, evita variaciones de voltaje. 

Puesta a tierra del conductor neutro

La alimentación monofásica que llega a nuestros hogares proviene de una generación, una transmisión y una distribución trifásica.

Nuestro hogar es solo una parte de un sistema de distribución, alimentado de una  conexión en estrella, del secundario de un transformador trifásico.

Y tienen en el conductor neutro, un punto común con otras alimentaciones de viviendas similares.

Conexión estrella, 3 fases, 4 hilos, con neutro a tierra

En la vida real las cargas no están equilibradas, en prácticas  de taller podemos comprobar que la configuración estrella con cargas del mismo valor, la corriente por el conductor neutro es cero.

En los hogares no contamos con cargas iguales (aparatos del mismo valor en ohms), ni los conectamos al mismo tiempo por lo que no tenemos el mismo consumo.

Cuando en configuración estrella el conductor neutro no está conectado a tierra, se conoce como “neutro flotante”, y da origen a variaciones de voltaje.

Cargas en configuración estrella

Con un neutro flotante tenemos variaciones de tensión.

Con el neutro a tierra se crea un punto equipotencial, en el que el neutro flotante desaparece y con él las variaciones de voltaje.

Centro Mexicano Francés del Conalep, en Gómez Palacio, Durango

Enlaces del tema

Conductor neutro

Especificación para el suministro CFE

Sistema de distribución trifásico a  4 hilos

lunes, 6 de septiembre de 2021

Puesta a tierra eléctrica

 En la puesta a tierra eléctrica, intencionalmente se crea un camino directo de baja resistencia y sin protección alguna, de ciertas partes conductoras,  hasta  uno o más electrodos enterrados en el suelo.

Puesta a tierra eléctrica

El sistema de tierra esta normalizado es básico, necesario y no se omite.

 Debe tener las características de acuerdo a las normas técnicas y las recomendaciones del fabricante.

Algunos de sus  fines son.

a) evitar variaciones de tensión.

b) protección contra descargas eléctricas (toques).

c) protección contra sobretensiones.

d) evitar interferencias electromagnéticas  (tierra aislada).

e) dirigir descargas atmosféricas (pararrayos).

Objetivos  de puesta a tierra eléctrica

A manera de ejemplo   en nuestras casas, aterrizamos partes metálicas alimentadas,  como en el “neutro a tierra” N/T, o no alimentadas como en la “tierra de protección”.

La puesta a tierra (grounding), las conexiones (connecting) y las uniones (bonding), son los 3 factores de atención para cumplir  los  objetivos, con funcionalidad y eficacia. 

Nuestra referencia en México es el artículo 250 “Puesta a tierra y unión” de la NOM-001 SEDE 2012  

Puesta a tierra eléctrica y unión 

El suelo del planeta (la tierra física), es un destino donde se puede realizar una descarga eléctrica accidental o intencional.

En una puesta a tierra realizamos una unión intencional, se crea una ruta en el que  el paso de corriente debe ser casi limitado solo por la “resistencia del  terreno”.

Grounding

Lo ideal es que fuera de cero Ohms, en la puesta a tierra, intencionalmente se busca una mayor conductividad,  insertando e el suelo electrodos metálicos (varillas,  mallas), incluso se puede modificar las condiciones del suelo, con cal, carbón, sal, o con las llamadas tierras químicas (compuesto para bajar su resistencia).

Los componentes ya están normalizados, y en el mercado podemos encontrar varillas, conectores y conductores,  y  la red (web) contiene la norma.

De las recomendaciones para cada caso, aquí los trataremos.

Ingeniero Miguel García Mesta

Gracias Ingeniero García tuvimos la fortuna de tenerlo de  compañero de la especialidad de Mecatrónica, y también como el mejor director del CMF del Conalep. https://twitter.com/coparoman

 Enlace del tema

Electrodos de puesta a tierra (tierra física).

viernes, 27 de agosto de 2021

Dispositivos de proteccion contra sobretensiones eléctricas

 Los dispositivos  de protección contra sobretensiones eléctricas, envían a tierra los  aumentos de voltajes transitorios, evitando que entren en los equipos  consumidores.

Dispositivos  de protección contra sobretensiones eléctricas

En respuesta a la necesidad de proteger los modernos y costosos aparatos electrónicos, contra las sobrevoltajes el mercado eléctrico diseño diversos equipos  de protección.  

Demanda de protección contra  sobretensiones transitorias

Los equipos de protección contra sobretensiones Surge Protective Device (SPD), se han venido incorporando,  y han modificado la forma tradicional de ver las instalaciones eléctricas.

sobretensiones eléctricas

Las sobretensiones transitorias son tan antiguas como la generación de la electricidad, tienen diversas causas y  origen, se denominan, picos de voltaje, transitorios y transientes.

Actúan de forma directa o indirecta viajan por los conductores, hasta los aparatos electrónicos.

Los (SPD) eliminan transientes, algunos de decenas de kilovoltios en  milésimas o millonésimas de segundos.

Surge Protective Device

La Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2015 de instalaciones eléctricas, establece requisitos generales, de instalación y conexión a supresores de sobretensión transitorias de 1000 volts o menos, en el  artículo 285  

No es coincidencia; se busco ser compatible con el NEC (National Electrical Code) de los Estados Unidos,  

La NOM 001 señala en 285.1 en la NOTA 3, Es conveniente consultar las especificaciones del fabricante para la aplicación, selección e instalación para cada caso en particular. 

Identificación de SPD por tipos

El NEC norteamericano identifica a los SPD o supresores, por tipo 1,2, 3 o 4; la clasificación depende de su aplicación  y la ubicación  dentro de nuestras viviendas.

El tipo I, para SPD instalados en la alimentación, en el contador de energía o en el interruptor principal (general), suele asignársele el término de apartarrayos secundario.

El tipo II para SPD localizados en tableros de distribución.

El tipo III para SPD ubicados muy cercanos a los consumidores como lo son los tomacorrientes con supresores de  picos.

Y el Tipo IV para SPD que toma en cuenta propiedades de los  componentes empleados y que son reconocidos por UL (Underwriters Laboratories)  tales como tipo hospital, con alarma, indicadores luminosos. 

Conexión de dispositivos de protección contra sobrevoltajes

Para  la calidad en la alimentación, se recomienda los tres tipos de  SPD, en contactos, tablero de distribución y acometida.

Protección de sobretensión en cascada 

 Se eliminan así la sobretensión en exteriores e interiores,  también los posibles sobrevoltajes residuales,  obteniendo la  denominada  conexión de  “protección en cascada”.

Catálogo

 dispositivos de protección de picos en español mara Leviton

Video

Protección contra sobretensiones para toda la casa | Leviton

 

Enlace a página webb

 

Protección contra sobretensiones en toda la casa Leviton

 

Hoja de instrucciones


 Dispositivo de protección contra sobretensiones (spd) montado en panel de distribución Leviton

jueves, 26 de agosto de 2021

Sobretensión transitoria

 Una sobretensión transitoria es una elevación  de  voltaje muy por encima del nivel recomendado, que tiene una duración muy breve, y es capaz de dañar los equipos instalados.

Sobretensión transitoria

Cuando un aparato recibe voltaje por encima de su límite nominal, sus materiales aislantes se rompen y surgen arcos eléctricos, que dañan componentes e incluso pueden provocar explosiones.

Los sobrevoltajes tienen diversas causas y orígenes.

Los de mayor magnitud son eventos que pueden ocurrir a kilómetros de nuestro hogar,  son las descargas atmosféricas  y la operación de interruptores en las líneas de transmisión y distribución.

Sobretensiones de origen externo

Los sobrevoltajes viajan por los conductores de distribución y llegan por el cableado al  interior de nuestra casa.

Son eventos tan rápidos que los fusibles o disyuntores no funcionan con la prontitud necesaria, la sobretensión pasa a través de ellos,  y lleguen a los costosos equipos instalados. 

Ruta de sobretensiones por descargas atmosféricas

Los rayos producen las descargas más altas del orden de varios miles de voltios, y tiempos  muy breves de microsegundos.

 Ningún rayo es igual, crean  sobretensiones variadas,  donde la distancia, los materiales,  la acción directa o indirecta influyen,  para ejemplificar se dice que suelen ser  sobretensión de 3000 a 6000 voltios con un tiempo 100 μseg. 

Valor límite de sobretensión en aparatos domésticos 

 Un pico de tensión (aumento de voltaje)  o un transitorio (de poco tiempo) son términos asociados, y suelen ser empleados de forma separada para nombrar una sobretensión.

Olas de sobrevoltaje

En actividades de mantenimiento,  con la apertura y cierre de interruptores, se generan olas  de sobretensión de algunos milisegundos,  suelen ser breves,  su tiempo es de solo una pequeña parte de un semiciclo  (menor a 8 milisegundos), pero también los hay de mayor duración.

Las instalaciones eléctricas demandan actividades de mantenimiento

Otros causantes son los servicios públicos, como la puesta en marcha y salida de bombas de aguas, las fallas de equipos de distribución, como los cables flojos y cortos circuitos, los eventos naturales como la lluvia, inundaciones, la nieve, tornados, los accidentes con automotores  como caídas de postes y conductores, y el vandalismo.

Sobretensiones origen interno, neutro abierto

 Las sobretensiones de origen interno ocurren dentro de nuestras casas, fallas como conductores flojos o abiertos, cortos circuitos y actividades como el arranque y paro de motores.

Son de menor magnitud, pero pueden dañar equipos sensibles. 

Dispositivos de protección contra sobretensiones 

Hoy nuestros hogares tienen diversas instalaciones,  sistemas telefónicos, de cable, internet alámbrico, tuberías y sistemas de tierra, por ellas  viajan  las sobretensiones.

Para   salvaguardar los costosos equipos el mercado eléctrico ofrece dispositivos de protección contra sobretensiones, las regulaciones recomiendan  sean instalados por personal calificado y que los dispositivos sean  conectados en cascada, para la eficacia de la protección.

Enlace de video de sobretensiones

 https://www.youtube.com/watch?v=i7XfSR40dfk

sábado, 21 de agosto de 2021

Varistor

 Un varistor es un componente electrónico de 2 terminales,  que cambia el valor de su resistencia en función del voltaje aplicado.

Varistor

 Tiene diversas aplicaciones, en este artículo se trata de su uso  para suprimir sobretensiones transitorias.

Las sobretensiones transitorias son picos de voltaje de varias decenas de kilovoltios  y de muy corta duración del orden de  microsegundos, denominados  transientes.

Los transientes viajan por los conductores hasta los modernos y costosos equipos electrónicos, dañando microprocesadores, circuitos digitales, discos duros, etcétera.

Sobrevoltaje transitorio

Las sobretensiones tienen diversas causas, ejemplos son,  las descargas atmosféricas directa e indirecta, sobrecarga por conmutación y los  cortes y retornos de la energía eléctrica.

Varistor VDR

Su nombre fue  compuesto de parte de dos palabras del  inglés “variable resistor”.

También se le  asignan las siglas VDR (voltage dependent resistor), de  “resistencia dependiente de voltaje”, para señalar su característica.

Un varistor no tiene polaridad, puede trabajar con corriente alterna o corriente directa.

En corriente alterna suprime picos positivos o negativos.

Siempre se deben conectar en paralelo respecto a la carga protegida. 

Es un semiconductor  que tiene características de resistencia no lineal.

Característica no lineal del Varistor

A tensión nominal presenta una resistencia  muy alta ( R = Ω) ,  por él no circula corriente (existe corriente de fuga despreciable de valor cercano a cero), su resistencia disminuye a medida que aumenta la tensión aplicada.

Varistor eliminador de sobretensión

Ante una sobretensión transitoria el varistor trabaja con celeridad,  su resistencia baja, y permite que circule  corriente a través de él, descargado el pico de voltaje con rapidez  hacia tierra.

El varistor es el componente principal de los “dispositivo de protección contra sobrevoltaje”, Surge Protective Device (SPD), la tecnología  más empleada como estándar industrial es el varistor de óxido metálico “MOV” (Metal Oxide Varistor).

Surge Protective Device

Los modernos y costosos equipos, requieren alimentación de calidad, los dispositivos de protección contra sobretensiones, están presentes en las nuevas instalaciones eléctricas y modifican las antiguas.

Protección contra sobretensiones 

El varistor se hace presente a través de dispositivos de protección  contra sobretensiones transitorias en millones de equipos e instalaciones.

domingo, 1 de agosto de 2021

Apartarrayos

 Los  apartarrayos, son dispositivos que eliminan las sobretensiones eléctricas transitorias,  evitando que estas entren al transformador de una subestación eléctrica  descargándolas a tierra.

Apartarrayos

Los rayos que caen  sobre la red o cerca de ella, aportan cargas eléctricas que generan perturbaciones electromagnéticas,  creando sobretensiones que pueden destruir transformadores y equipos instalados.

Sobretensiones Transitorias (transientes)

Las sobretensiones transitorias son picos con valores de decenas de Kilovoltios y  que alcanza   su valor máximo en 1.2 microsegundos.

Esto ocurre en menos de un ciclo.

Ante esto, se han ideado supresores de  sobre voltajes de  descargas atmosféricas, llamados de manera técnica como apartarrayos

En los Estados Unidos de Norteamérica el nombre lightnining arrester (nuestro supresor de rayos) es considerado antiguo, el nuevo término es surge arrester (supresor de sobretensión). 

La razón es que este dispositivo  también actúa por  sobretensiones producidas en la operación de  apertura prolongadas de interruptores.  (switching).


Switching

El siguiente enlace nos muestra operación de interruptores en una subestación, esta acción de  mantenimiento,  crea  sobretensión por conmutación en las líneas de distribución.

https://www.youtube.com/watch?v=4-Lu1vnH_d8


Surge arrester

Los apartarrayos van conectado permanentemente entre  las líneas de fase y tierra, en el lado de alta tensión y muy cercanos al trasformador.

Ubicación de apartarrayos

Su símbolo representa a 2 terminales de contacto sin continuidad, ya que en condiciones normales se comporta como un interruptor abierto, que no permite el paso de corriente atreves de él.

Diagrama básico de un apartarrayos

Ante  un sobre voltaje ofrecerá un camino a tierra, y se comportara como si fuera un interruptor cerrado.


Comportamiento del apartarrayos

Una vez disipada la cantidad de sobretensión, parara  el flujo a tierra, y regresa  a su estado inicial.

 La acción anterior no deberá destruir el apartarrayos, y debe ser repetido el proceso automáticamente,  cuantas veces se vuelvan a presentar las condiciones.

En esencia al apartarrayos lo podemos considerar como un interruptor limitador de voltaje  automático, que se cierra por alto voltaje y abre cuando regresa la tensión a valores nominales prestablecidos.

Etapas de operación apartarrayos

Un apartarrayos pone límites a la tensión eléctrica que alimenta una subestación, suprimiendo los eventuales sobre voltajes.

Razón por lo cual es el primer elemento de una subestación, ubicado  solo después de los aisladores que soportan los cables.

Diagrama de subestaciones

 Existen variedad de tipos de apartarrayos, el “tipo auto valvular”, se utiliza en sistemas con grandes tensiones, el de “resistencia variable” se emplean en sistemas de distribución de tensiones medianas.

Apartarrayos con tecnología MOV

Estos últimos en  su interior suelen  contener limitadores de sobretensión con tecnología de  “Varistores de Óxidos Metálicos”, que  tienen características de resistores no lineales, los hay con o sin explosores integrados,  y  están cubiertos en envolventes de porcelana o  polímeros (hule silicón).

Centro Mexicano Francés del Conalep, en Gómez Palacio, Durango.

Los apartarrayos protegen activos de gran valor, por lo que se deben instalar los de mejor calidad, que cumplan con los requisitos establecidos por regulaciones y siempre deben ser instalados por personal calificado.

En México la Norma Oficial Mexicana nom-001-sede-2012, de instalaciones eléctricas en el artículo 280, señala las regulaciones para “Apartarrayos de más de 1000 Volts”.

Mi agradecimiento por las aportaciones de mi amigo, el Ingeniero Horacio Gutiérrez Sánchez, de SENSA (Servicios Eléctricos del Nazas S.A.) de Torreón Coahuila, e instructor del Centro Mexicano Francés del Conalep. 

martes, 20 de julio de 2021

Cable de guarda

 Un cable de guarda es un conductor colocado en la parte  más alta de las torres de transmisión, que es conectado a tierra para ofrecer un blindaje a los conductores de fase, protegiéndolos contra las descargas atmosféricas.

Cable de guarda

Las líneas de transmisión trabajan  con alta tensión, con voltajes de miles de voltios,  con  propósitos de seguridad, los conductores de fase (L1, L2 y L3) se colocan a gran altura en torres de estructuras metálicas.

Transmisión de electricidad en alta tensión

Su ubicación crean grandes posibilidades, donde puedan ocurrir las descargas eléctricas atmosféricas.

Para evitarlas, los cables de guarda se colocan paralelos sobre los cables conductores de fase, ofreciendo un apantallamiento que intercepta los rayos.

Overhead ground wire

Los hilos de guarda “Overhead ground wire” son cables aéreos que son conectados a intervalos regulares a tierra.

Son cables desnudos (sin aislante) que en condiciones normales no conducen corriente, están diseñado para  conducir eventualmente  corrientes de rayo.

Incidencia de rayo sobre hilo de guarda o sobre torre

El cable de guarda (CFE E1000-18; ACSR/AS) estar constituido por un núcleo central de alambres de acero, recubierto por capas de alambres de aluminio duro cableado de forma helicoidal.

Para aprovechar las propiedades mecánicas del acero y las eléctricas del aluminio.

Transmisión con conductores verticales, con 1 y 2 hilos de guarda

Las líneas de transmisión a diferencia de las líneas de distribución, no tienen equipos (fusibles, capacitores, transformadores) que se conecten a sus líneas, casi nunca tendrán nada conectado a los propios conductores.

 Hoy en día, en algunos casos se transmite información con conductores de fibra óptica colocados incluso  dentro de los cables de guarda.

Son cables con doble función protección y comunicación, como el cable OPGW (Optical Ground Wire).

Conductores de fase y de guarda con amortiguador de vibración eólica

 El viento puede provocar movimientos oscilatorios en conductores de fase y de guarda, estas vibraciones pueden generar problemas de frotamiento, fatigas y roturas en los cables.

Para amortiguar vibraciones se colocan dispositivos mecánicos cerca de las conexiones de la torre, que cuelgan de los conductores atenuando la amplitud de la vibración.

Electricidad estática

En el estudio de la electricidad estática, son extraordinarios los videos de mi amigo, el maestro ecuatoriano Julio German Rodríguez Ojeda.

ELECTROSCOPIO de William Gilbert. Ley de Cargas Eléctricas

También podemos ver de forma divertida un blindaje eléctrico en el siguiente enlace.

El impactante experimento de Marron que ha logrado asustar a todos - El Hormiguero 3.0


En la transmisión con conductores horizontales,  se protegen de forma eficaz con solo 2 hilos de guarda

Si bien las líneas de transmisión en México son competencia de la Comisión Federal de Electricidad, CFE. son inquietud de estudio.

Y hoy vimos que 2 de sus conductores “suelen no conducir electricidad” y que brindan protección contra las descargas atmosféricas.