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NEC: Requisitos de Conexión a Tierra 

 enero 18, 2021

Por  Felipe Arguello1857

La declaración de propósito del NEC ( Código Eléctrico Nacional) , sección 90.1 (A) establece: «El propósito de este Código es la protección práctica de personas y propiedades contra los riesgos derivados del uso de electricidad».

En otras palabras, todo se trata de proteger a las personas y la propiedad de los riesgos inherentes del uso de la electricidad. Esto es directamente evidente cuando echamos un vistazo a los requisitos de conexión a tierra y vinculación dentro del NEC . Estos son dos conceptos clave utilizados para la protección. Piense en la conexión a tierra y la conexión como la base de una instalación eléctrica segura.

Sección 250.4 del NEC

La Sección 250.4 establece los requisitos de rendimiento de los sistemas eléctricos de conexión a tierra y conexión. El resto del artículo 250 cubre cómo lograr este nivel deseado de protección. De manera similar a la declaración de propósito del NEC , se nos brinda orientación sobre los resultados previstos y luego un conjunto de reglas a seguir. Los contratistas también pueden consultar la Tabla 250.3 para obtener una lista de otros artículos que contienen estos requisitos.

Entonces, ¿por qué conectamos a tierra sistemas y equipos de unión? La conexión a tierra es el acto de conectar el sistema o equipo eléctrico a la tierra o un objeto conductor que extiende la conexión a la tierra. La unión es conectar cosas juntas con un camino conductor para establecer la continuidad eléctrica. Ambos son conceptos fundamentales de seguridad en el NEC , y a menudo se hablaron al mismo tiempo, pero son conceptos claramente diferentes.

Vamos a abordar la conexión a tierra primero. Como explica la Sección 250.4 (A) (1), los sistemas eléctricos se conectan a tierra para limitar el voltaje impuesto por los rayos, sobretensiones de línea, cruces de alto voltaje y para estabilizar el voltaje a tierra bajo operación normal.

Luego, el equipo se conecta al sistema para limitar el voltaje a tierra en el equipo. Esto se realiza a través de un conductor que extiende la conexión desde el equipo al conductor del electrodo de tierra en el servicio o en la fuente de un sistema derivado por separado. Esto asegura el control del voltaje.

Sin embargo, necesitamos establecer si el sistema necesita un conductor conectado a tierra. Esta es la diferencia entre un sistema con conexión a tierra y un sistema sin conexión a tierra. Ambos están permitidos por el NEC ; sin embargo, hay momentos específicos en los que se requiere uno sobre el otro. Las reglas para las cuales los sistemas deben estar conectados a tierra son relativamente sencillas. Los sistemas necesarios para conectarse a tierra son:

  1. Cualquier sistema que pueda conectarse a tierra para que el voltaje máximo a tierra no supere los 150 V
  2. Un sistema Wye trifásico de 4 hilos que utiliza el neutro como conductor de circuito, y
  3. Un sistema Delta trifásico de 4 hilos que tiene un conductor de circuito que se conecta al punto medio de uno de los devanados de fase.

En otras palabras, si es probable que un sistema suministre 120V o línea a cargas neutras, necesitará estar conectado a tierra a menos que se permita o requiera específicamente que no esté conectado a tierra en 250.21 o 250.22.

Para establecer esta conexión a tierra, un instalador debe establecer una red de elementos conductores. Este es el sistema de electrodos de puesta a tierra. Hay algunos electrodos que forman parte de la construcción del edificio y otros que deben instalarse. De cualquier manera, el NEC requiere que todos los electrodos presentes en las instalaciones se incluyan en el sistema. Los electrodos permitidos se pueden encontrar en la sección 250.52.

Este sistema sirve para establecer que la conexión a tierra estabilice el voltaje. Un error común es que la electricidad busca la tierra, pero en realidad está tratando de regresar a su punto de origen. Para un sistema con conexión a tierra, esto podría significar que cierta corriente tomará una ruta determinada, pero no se puede confiar en que tome el lugar de una ruta de corriente de falla a tierra efectiva. Para establecer la ruta de corriente efectiva de falla a tierra, debemos recurrir a la conexión.

Si la corriente de falla puede tomar caminos inesperados, será difícil aplicar las reglas de la física para aumentar la seguridad. Como electricistas, nuestro trabajo es aprovechar el flujo de electrones a través de un sistema de cableado para realizar el trabajo.

No es diferente en condiciones anormales. Sabemos que ciertas cosas suceden con la electricidad debido a la ciencia. La mejor manera de protegerse de los riesgos eléctricos es apagar la alimentación, ¿verdad? Los escritores de códigos lo saben y han incorporado requisitos destinados a la desactivación automática del circuito en condiciones anormales o de falla

Aquí es donde el concepto de la ruta de corriente de falla a tierra efectiva se convierte en la estrella del espectáculo de seguridad. Esto se define en el NEC como una ruta intencionalmente construida de baja impedancia diseñada para transportar las condiciones actuales de falla subterránea desde la falla hasta la fuente. Facilita la operación de dispositivos automáticos de protección contra sobrecorriente o detectores de tierra para sistemas sin conexión a tierra.

Esto significa que parte del diseño del sistema proporciona una ruta completa desde los confines más remotos del sistema de cableado local hasta la fuente de alimentación. Sin embargo, a diferencia del sistema de electrodos de conexión a tierra, la ruta de corriente de falla a tierra efectiva debe tener una impedancia o resistencia lo suficientemente baja como para facilitar el funcionamiento automático del dispositivo de protección contra sobrecorriente (OCPD).

Con un voltaje aplicado dado y reduciendo la oposición a la corriente, fluirá más corriente, lo que lo reduce a un valor insignificante y la corriente aumenta muy rápidamente. Los OCPD se abren más rápido con más corriente hasta que la corriente excede la clasificación de interrupción.

Esta baja oposición al flujo de corriente y al camino directo de regreso a la fuente aumenta la corriente lo suficiente como para estar dentro del rango de disparo instantáneo del OCPD. Cuando no se alcanza esta baja impedancia, como a través de la tierra, no hay garantía de que el OCPD se abra cuando debería.

Los componentes principales de esta ruta efectiva de corriente de falla a tierra están formados por los conductores de conexión a tierra del equipo, tales como puentes de conexión (principal, sistema, lado de suministro, equipo) y conductores de conexión a tierra del servicio o del sistema.

Los conductores de conexión a tierra de los equipos son la ruta de corriente de falla a tierra efectiva en los niveles del circuito de alimentación y derivación del sistema de cableado de las instalaciones, y deben dimensionarse de acuerdo con la Tabla 250.122, que se basa en el tamaño del OCPD.

Las porciones discontinuas de la conducción de puesta a tierra del equipo (EGC) están conectadas por puentes de unión del equipo que se dimensionan desde esta misma tabla.

Si bien el sistema EGC conecta el equipo a la tierra para limitar el voltaje a tierra en el equipo, también cumple una doble función y une las partes metálicas del sistema que no transportan corriente para conectarlas a la ruta efectiva de corriente de falla a tierra.

Una vez que el EGC entrega corriente de falla al circuito derivado o al equipo de distribución del alimentador, ha cumplido su función. A partir de ahí, debe transferirse al conductor que servirá como la ruta de corriente de falla de regreso a la fuente. Esto se realiza mediante el uso del sistema principal y puentes de unión del lado de la oferta. Sin embargo, debido a que estos son puentes de unión, están conectando dos componentes del sistema.

Están conectando el sistema EGC al conductor a tierra. Debido a esta función, no hay un componente OCPD para determinar cómo dimensionamos estos. Por el contrario, estos puentes se dimensionan en función de la cantidad de corriente que el sistema puede suministrar a través de los conductores sin conexión a tierra. Estos conductores se instalan como una ruta de corriente de falla y son esenciales para que el EGC pueda realizar sus tareas.

El último eslabón de la cadena vuelve a la fuente, y el nivel de servicio suele ser un transformador en un poste o ubicado en algún lugar fuera del edificio. Hacemos la conexión desde el EGC al conductor a tierra en los primeros medios de desconexión en las instalaciones y confiamos en el conductor a tierra para enviar la corriente de falla a la fuente.

Todos estos puentes de unión y el conductor a tierra se dimensionan en función de la corriente de falla potencial que puede suministrar la fuente. La Tabla 250.102 (C) dimensiona las rutas de corriente de falla según el tamaño de los conductores sin conexión a tierra instalados. 

Los conductores con conexión a tierra también pueden servir como conductores neutros, y esto requiere otras consideraciones basadas en la cantidad de corriente neutral que transportará el conductor. Se deben comparar los dos roles diferentes del conductor neutro y se debe utilizar el mayor de los dos.

Además de servir como una ruta de corriente de falla, la unión a menudo se utiliza para mantener un entorno con el mismo potencial. En ciertos entornos, pequeños cambios en el voltaje pueden tener graves consecuencias.

Cuando conecte a tierra, adhiera o realice cualquier trabajo eléctrico regido por el NEC , recuerde el propósito del código: mantener a todos a salvo. Comprender por qué aplica códigos y estándares lo ayudará a determinar cómo realiza el trabajo.

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