Conexión a tierra adecuada mediante prensaestopas: ¿Cómo evitar fallos eléctricos catastróficos y daños en los equipos?

Una conexión a tierra deficiente a través de los prensaestopas causa 30% de averías eléctricas industriales, que provocan daños en los equipos, incendios y riesgos para la seguridad. Unas técnicas de puesta a tierra adecuadas pueden evitar estos costosos desastres.

Una puesta a tierra adecuada mediante prensaestopas requiere una trayectoria eléctrica continua desde la armadura del cable hasta la tierra del equipo, una impedancia inferior a 1 ohmio para un flujo eficaz de la corriente de fallo, conexiones resistentes a la corrosión, una continuidad de apantallamiento CEM adecuada y el cumplimiento de los códigos eléctricos (NEC¹IEC) para la seguridad del personal y la protección de los equipos.

La semana pasada, David me llamó tras un incidente devastador en su planta química. Un rayo causó daños en los equipos por valor de 500.000 euros porque su sistema de puesta a tierra de prensaestopas no proporcionaba la protección adecuada. La investigación reveló múltiples deficiencias en la puesta a tierra que podrían haberse evitado con un diseño y una instalación adecuados.

Índice

• ¿Por qué es fundamental para la seguridad una correcta conexión a tierra mediante prensaestopas?
• ¿Cuáles son los componentes esenciales de un sistema de puesta a tierra eficaz?
• ¿Cómo se diseñan e instalan sistemas de puesta a tierra para distintas aplicaciones?
• ¿Cuáles son los errores más comunes en la toma de tierra y cómo evitarlos?

¿Por qué es fundamental para la seguridad una correcta conexión a tierra mediante prensaestopas?

La puesta a tierra a través de prensaestopas cumple múltiples funciones críticas de seguridad que protegen tanto al personal como a los equipos de los riesgos eléctricos. Comprender estas funciones es esencial para un diseño adecuado del sistema.

Una conexión a tierra adecuada proporciona una vía de retorno de la corriente de fallo para el funcionamiento de los dispositivos de protección, limita las tensiones de contacto durante los fallos a tierra, disipa la acumulación de electricidad estática, proporciona continuidad de apantallamiento CEM, protege contra rayos y sobretensiones y garantiza el cumplimiento de los códigos y normas de seguridad eléctrica.

Protección de corriente de defecto

Trayectoria de la corriente de defecto a tierra:

• Ruta de baja impedancia: Permite que los dispositivos de protección funcionen rápidamente
• Magnitud de la corriente de defecto: Debe ser suficiente para activar los disyuntores
• Tiempo de compensación: Reduce la energía del arco eléctrico y los daños a los equipos
• Protección del personal: Limita las tensiones de paso y contacto

Requisitos de impedancia:

• Requisito NEC: Recorrido efectivo de la corriente de defecto a tierra
• Guía IEEE 142: Resistencia a tierra típicamente <1 ohm
• CEI 61936: Requisitos específicos para los distintos niveles de tensión
• Pruebas de verificación: Se requieren mediciones periódicas de la impedancia

Hassan me dijo recientemente: "Chuck, tu análisis de puesta a tierra reveló que nuestra ruta de corriente de falla tenía 15 ohmios de impedancia. Nunca habríamos eliminado un fallo a tierra de forma segura".

Protección contra rayos y sobretensiones

Escenarios de impacto de rayos:

• Golpes directos: La armadura del cable proporciona una vía de conducción
• Sobretensiones inducidas: La conexión a tierra limita la tensión
• Aumento del potencial de tierra²: Una unión adecuada evita la inflamación
• Protección de los equipos: Los dispositivos de protección contra sobretensiones requieren una buena conexión a tierra

Manejo de corriente de sobretensión:

• Capacidad de corriente máxima: De 10kA a 200kA según la aplicación
• Disipación de energía: Generación de calor y efectos térmicos
• Múltiples vías de descarga: Conductores de puesta a tierra en paralelo
• Coordinación: Con dispositivos de protección contra sobretensiones

EMC y continuidad del apantallamiento

Compatibilidad electromagnética:

• Continuidad del apantallamiento: Conexión de 360 grados alrededor del cable
• Impedancia de transferencia³: Baja impedancia a altas frecuencias
• Corrientes en modo común: Una vía de retorno adecuada evita la radiación
• Reducción del ruido: Un apantallamiento eficaz reduce las interferencias

Eficacia del blindaje:

• Respuesta en frecuencia: La eficacia varía con la frecuencia
• Calidad de la conexión: Se prefieren las conexiones engarzadas a las abrazaderas
• Tipos de armadura del cable: Consideraciones sobre el trenzado, la cinta o la armadura de alambre
• Métodos de terminación: Técnicas adecuadas de terminación de blindaje

Disipación de la electricidad estática

Prevención de la acumulación estática:

• Acumulación de cargas: En superficies no conductoras
• Vía de disipación: A través del sistema de puesta a tierra
• Prevención de ignición: En atmósferas explosivas
• Protección del personal: Evita riesgos de descarga

Requisitos de disipación:

• Rango de resistencia: 10⁶ a 10⁹ ohmios para disipación estática
• Trayectoria continua: De la fuente a la referencia de tierra
• Factores medioambientales: Efectos de la humedad y la contaminación
• Sistemas de control: Medición del nivel de carga estática

En Bepto, diseñamos nuestros prensaestopas con características de conexión a tierra integradas que garantizan una continuidad eléctrica fiable y el cumplimiento de todas las normas de seguridad pertinentes 😉.

¿Cuáles son los componentes esenciales de un sistema de puesta a tierra eficaz?

Un sistema de puesta a tierra eficaz requiere múltiples componentes que trabajen juntos para proporcionar una continuidad eléctrica fiable y una protección de seguridad. Cada componente tiene requisitos y funciones específicos.

Los componentes esenciales de puesta a tierra incluyen herrajes de terminación de la armadura del cable, casquillos o terminales de puesta a tierra, conductores de unión, barras de tierra o barras colectoras, electrodos de puesta a tierra y puntos de prueba para la verificación, todos ellos diseñados para proporcionar una ruta continua de baja impedancia a tierra.

Terminación de armadura de cable

Métodos de terminación de la armadura:

• Glándulas de compresión: Conexión mecánica directa a la armadura
• Glándulas barrera: Terminación separada de armadura y conductor
• Prensaestopas antideflagrantes: Enganche roscado con blindaje
• Glándulas EMC: Terminación de blindaje de 360 grados

Requisitos de conexión:

• Integridad mecánica: Soporta fuerzas de tracción de cables
• Continuidad eléctrica: Conexión de baja resistencia
• Resistencia a la corrosión: Fiabilidad a largo plazo
• Protección del medio ambiente: Sello contra la entrada de humedad

Puesta a tierra

Diseño del casquillo de puesta a tierra:

• Material: Bronce, latón o acero inoxidable
• Compromiso de hilo: Mínimo 5 hilos completos
• Terminal de tierra: Accesorio integrado o separado
• Sellado: Junta tórica o junta de estanqueidad

Especificaciones del terminal de tierra:

• Capacidad actual: Basado en cálculos de corriente de defecto
• Gama de cables: Se adaptan a los tamaños de conductor especificados
• Requisitos de par: Conexión correcta sin daños
• Marcado: Identificación clara del punto de conexión a tierra

David comentó: "Vuestra selección de hardware de puesta a tierra eliminó los problemas de corrosión que teníamos con nuestro sistema anterior. Las conexiones siguen perfectas después de tres años".

Conductores de enlace

Dimensionamiento de conductores:

• NEC Tabla 250.122: Dimensionamiento del conductor de puesta a tierra del equipo
• Capacidad de corriente de defecto: Basado en los valores nominales de los dispositivos de protección
• Caída de tensión: Minimiza la impedancia para un funcionamiento eficaz
• Protección mecánica: Evitar daños durante la instalación

Requisitos de instalación:

• Enrutamiento: Camino directo al punto de conexión a tierra
• Ayuda: Soporte mecánico adecuado
• Protección: Contra daños físicos
• Accesibilidad: Para inspección y pruebas

Sistemas de electrodos de puesta a tierra

Tipos de electrodos:

• Barras de tierra: Electrodos accionados para aplicaciones generales
• Placas de tierra: Placas enterradas para aplicaciones de alta corriente
• Electrodos revestidos de hormigón: Terrenos de Ufer⁴ en cimientos
• Anillos de tierra: Puesta a tierra perimetral para grandes instalaciones

Diseño del sistema:

• Objetivos de resistencia: Típicamente 5-25 ohmios dependiendo de la aplicación
• Resistividad del suelo: Pruebas necesarias para un diseño adecuado
• Protección contra la corrosión: Materiales adecuados a las condiciones del suelo
• Interconexión: Electrodos múltiples unidos entre sí

Puntos de prueba y verificación

Requisitos del punto de prueba:

• Accesibilidad: Fácil acceso para pruebas rutinarias
• Identificación: Marcado claro de los puntos de prueba
• Protección: Carcasas resistentes a la intemperie
• Documentación: Localización de los puntos de prueba y procedimientos

Métodos de ensayo:

• Medición de la resistencia: Pruebas de resistencia a tierra
• Pruebas de continuidad: Verificación de la trayectoria
• Pruebas de impedancia: Medición de la impedancia de CA
• Imágenes térmicas: Evaluación de la calidad de la conexión

¿Cómo se diseñan e instalan sistemas de puesta a tierra para distintas aplicaciones?

Las distintas aplicaciones tienen requisitos de puesta a tierra únicos basados en los niveles de tensión, las condiciones ambientales y las consideraciones de seguridad. Un diseño adecuado garantiza una protección eficaz para cada aplicación específica.

El diseño del sistema de puesta a tierra requiere un análisis de los niveles de corriente de fallo, las condiciones ambientales, la resistividad del suelo, los tipos de equipos y los requisitos normativos para determinar la configuración de los electrodos, el tamaño de los conductores, los métodos de conexión y los procedimientos de prueba para una seguridad y un rendimiento óptimos.

Aplicaciones de baja tensión (≤1000V)

Residencial y comercial:

• Entrada de servicio: Conductor principal del electrodo de puesta a tierra
• Conexión a tierra del equipo: Protección de circuitos derivados
• Protección GFCI: Seguridad del personal en lugares húmedos
• Protección contra sobretensiones: Dispositivos de protección contra sobretensiones para toda la casa

Instalaciones industriales:

• Conexión a tierra del equipo: Protección de motores y maquinaria
• Sistemas de control: Puesta a tierra de instrumentación y control
• Sistemas de emergencia: Conexión a tierra de la alimentación de reserva
• Equipos de proceso: Aplicaciones químicas y de fabricación

Aplicaciones de media tensión (1kV-35kV)

Sistemas de distribución:

• Conexión a tierra del transformador: Conexión a tierra del neutro y la caja
• Puesta a tierra de la aparamenta: Equipos con revestimiento metálico
• Sistemas de cable: Conexión a tierra de la vaina y la armadura
• Relés de protección: Detección de fallos a tierra

Consideraciones sobre el diseño:

• Corriente de defecto a tierra: Corrientes de defecto de mayor magnitud
• Tensiones táctiles y de paso: Cálculos de seguridad del personal
• Aumento del potencial de tierra: Rendimiento del sistema en caso de avería
• Coordinación: Con dispositivos y sistemas de protección

Hassan me dijo: "Su diseño de puesta a tierra de media tensión evitó un incidente grave cuando tuvimos un fallo en un cable. El sistema funcionó exactamente como se diseñó".

Aplicaciones de alta tensión (>35 kV)

Sistemas de transmisión:

• Puesta a tierra de subestaciones: Rejillas de puesta a tierra completas
• Toma de tierra de la torre: Estructuras de líneas de transmisión
• Sistemas de cable: Instalaciones de cables de alta tensión
• Conexión a tierra del equipo: Transformadores y aparamenta

Requisitos especiales:

• Conformidad con IEEE 80: Diseño de puesta a tierra de subestaciones
• Modelización de la resistividad del suelo: Análisis informático necesario
• Cálculos de seguridad: Límites de tensión táctil y de paso
• Variaciones estacionales: Efectos de la humedad del suelo

Aplicaciones en ubicaciones peligrosas

Atmósferas explosivas:

• Seguridad intrínseca: Requisitos especiales de conexión a tierra
• A prueba de explosiones: Integridad de la conexión a tierra de la caja
• Disipación estática: Prevenir las fuentes de ignición
• Requisitos de vinculación: Interconexión de equipos metálicos

Consideraciones especiales:

• API RP 2003: Puesta a tierra de la industria petrolera
• NFPA 77: Protección contra la electricidad estática
• IEC 60079: Normas internacionales sobre atmósferas explosivas
• Documentación: Planos y procedimientos detallados de puesta a tierra

Aplicaciones marinas y en alta mar

Sistemas de a bordo:

• Conexión a tierra del casco: La estructura del buque como referencia en tierra
• Aislamiento: Desde tierra en puerto
• Protección catódica: Sistemas anticorrosión
• Sistemas de seguridad: Puesta a tierra de los equipos de emergencia

Plataformas marinas:

• Conexión a tierra de la estructura: Plataforma de acero como referencia del suelo
• Conexión a tierra del agua de mar: Sistema de electrodos naturales
• Protección contra el rayo: Sistemas de protección integral
• Cubiertas de helicópteros: Requisitos especiales de conexión a tierra

David dijo recientemente: "Su experiencia en puesta a tierra en alta mar nos ayudó a diseñar un sistema que ha funcionado a la perfección durante cinco años en las duras condiciones del Mar del Norte".

Buenas prácticas de instalación

Instalación de prensaestopas:

• Especificaciones de par: Apriete correcto sin daños
• Hilo compuesto: Compuestos conductores en caso necesario
• Integridad de la junta: Mantener la protección del medio ambiente
• Verificación de la toma de tierra: Prueba de continuidad tras la instalación

Métodos de conexión:

• Conexiones de compresión: Preferido para instalaciones permanentes
• Conexiones soldadas: Aplicaciones de alta corriente
• Conexiones atornilladas: Accesible para mantenimiento
• Prevención de la corrosión: Materiales y revestimientos adecuados

Pruebas y puesta en servicio

Pruebas iniciales:

• Verificación de la continuidad: Todas las vías de conexión a tierra
• Medición de la resistencia: Sistemas de electrodos de tierra
• Pruebas de impedancia: Trayectorias de la corriente de defecto
• Pruebas de aislamiento: Verificar el aislamiento adecuado

Mantenimiento continuo:

• Pruebas anuales: Medición de la resistencia de tierra
• Inspección visual: Evaluación del estado de las conexiones
• Imágenes térmicas: Identificación de puntos calientes
• Documentación: Resultados de las pruebas y tendencias

En Bepto, proporcionamos asistencia integral en el diseño de puestas a tierra y orientación en las pruebas para garantizar que sus sistemas de puesta a tierra de prensaestopas cumplen todos los requisitos de seguridad y rendimiento 😉.

¿Cuáles son los errores más comunes en la toma de tierra y cómo evitarlos?

Los errores de conexión a tierra pueden tener consecuencias catastróficas, desde daños en los equipos hasta lesiones del personal. Conocer los errores más comunes ayuda a prevenir estas situaciones peligrosas.

Entre los errores más comunes en la puesta a tierra se incluyen el dimensionamiento inadecuado de los conductores, la mala calidad de las conexiones, la falta de conexión entre sistemas, la instalación incorrecta de electrodos, la falta de pruebas y mantenimiento, y la no consideración de factores ambientales, todo lo cual conduce a una protección ineficaz contra fallos y a riesgos para la seguridad.

Errores en la fase de diseño

Análisis inadecuado del sistema:

• Cálculo de la corriente de defecto: Subestimación de la corriente de defecto disponible
• Análisis de impedancia: Sin tener en cuenta la impedancia total del circuito
• Caída de tensión: Ignorar la caída de tensión del conductor de puesta a tierra
• Futura ampliación: No planificar el crecimiento del sistema

Dimensionamiento inadecuado del conductor:

• Cuadro 250.122 aplicación incorrecta: Uso inadecuado de las tallas mínimas
• Capacidad de corriente de defecto: Inadecuado para la corriente de defecto disponible
• Caminos paralelos: No se tienen en cuenta las múltiples vías de conexión a tierra
• Consideraciones sobre la longitud: Caída de tensión en largas distancias

comentó Hassan: "Descubrimos que nuestros conductores de puesta a tierra estaban subdimensionados en 50% cuando hicimos un análisis adecuado de la corriente de defecto. Su orientación evitó un desastre potencial".

Errores de instalación

Mala calidad de la conexión:

• Conexiones sueltas: Alta resistencia y calentamiento
• Metales diferentes: Corrosión galvánica⁵ cuestiones
• Par inadecuado: Conexiones que se aflojan con el tiempo
• Falta hardware: Arandelas, arandelas de seguridad o compuesto para roscas

Instalación incorrecta del prensaestopas:

• Roscado insuficiente: Avería mecánica y eléctrica
• Apriete excesivo: Daños en roscas o juntas
• Tipo de glándula incorrecto: Inadecuado para el tipo de armadura del cable
• Falta la toma de tierra: No hay continuidad eléctrica

Consideraciones medioambientales

Problemas de corrosión:

• Selección de materiales: Inadecuado para el medio ambiente
• Compatibilidad galvánica: Conexiones de metales diferentes
• Revestimientos protectores: Falta de protección o protección inadecuada
• Drenaje: Acumulación de agua en las conexiones

Condiciones del suelo:

• Variaciones de resistividad: Efectos estacionales y de la humedad
• Contaminación química: Corrosión acelerada
• Protección física: Daños por excavación o asentamiento
• Profundidad del electrodo: Insuficiente para una resistencia estable

David me dijo: "Tu análisis ambiental reveló por qué nuestra resistencia de tierra variaba en 300%. Los cambios estacionales de humedad eran dramáticos".

Fallos en las pruebas y el mantenimiento

Pruebas inadecuadas:

• Verificación inicial: No probar después de la instalación
• Pruebas periódicas: Ausencia de pruebas rutinarias de mantenimiento
• Métodos de ensayo: Utilización de equipos de ensayo inadecuados
• Documentación: Registros y tendencias deficientes

Negligencia en el mantenimiento:

• Inspección visual: No identificar los problemas evidentes
• Mantenimiento de las conexiones: Permitir la acumulación de corrosión
• Modificaciones del sistema: No se actualiza la toma de tierra tras los cambios
• Formación: Formación inadecuada del personal

Cumplimiento de la normativa

Infracciones NEC:

• Artículo 250: Requisitos de puesta a tierra y conexión
• Conexión a tierra del equipo: Conductores ausentes o inadecuados
• Requisitos de vinculación: Sistemas metálicos no adherentes
• Protección GFCI: Falta donde es necesario

Cuestiones relacionadas con el código local:

• Enmiendas: Modificaciones locales de los códigos nacionales
• Requisitos de inspección: Pruebas o documentación especiales
• Requisitos de autorización: Permisos de instalación y modificación
• Requisitos de los servicios públicos: Coordinación con la toma de tierra de los servicios públicos

Estrategias de prevención

Proceso de revisión del diseño:

• Revisión independiente: Verificación del diseño por terceros
• Cumplimiento del código: Revisión sistemática del código
• Verificación de los cálculos: Análisis independiente de la corriente de defecto
• Consideraciones futuras: Planificación de modificaciones y ampliaciones

Instalación de calidad:

• Personal cualificado: Instaladores debidamente formados
• Procedimientos de inspección: Verificación paso a paso
• Protocolos de ensayo: Pruebas exhaustivas de puesta en servicio
• Documentación: Planos as-built completos y registros de pruebas

Mantenimiento continuo:

• Inspección rutinaria: Inspección visual y térmica periódica
• Pruebas periódicas: Programas de pruebas anuales o bianuales
• Análisis de tendencias: Identificación de patrones de degradación
• Medidas correctoras: Reparación inmediata de los problemas detectados

Hassan dijo recientemente: "La aplicación de sus estrategias de prevención transformó nuestra fiabilidad de puesta a tierra. No hemos tenido ningún fallo relacionado con la toma de tierra en dos años".

Servicios de apoyo a la toma de tierra de Bepto

Proporcionamos una asistencia completa para evitar los errores más comunes:

• Servicios de revisión del diseño: Verificación independiente de los diseños de puesta a tierra
• Formación en instalación: Técnicas y procedimientos adecuados
• Apoyo a las pruebas: Recomendaciones sobre equipos y procedimientos
• Programas de mantenimiento: Apoyo continuo y análisis de tendencias
• Respuesta de emergencia: Ayuda rápida en caso de fallo de la toma de tierra

Caso práctico: Prevención de fallos catastróficos

Situación: Planta de transformación química con averías recurrentes
Problema: Conexión a tierra inadecuada que provoca el funcionamiento incorrecto del dispositivo de protección
Solución: Rediseño y actualización completos del sistema de puesta a tierra
Resultados: Cero fallos en tierra en tres años
Ahorro2,3 millones de euros en tiempo de inactividad y daños a los equipos evitados

David comentó: "La inversión en un diseño de puesta a tierra adecuado y la asistencia de Bepto se han amortizado con creces. La fiabilidad de nuestro sistema es ahora líder del sector".

Conclusión

Una puesta a tierra adecuada mediante prensaestopas requiere un diseño sistemático, una instalación de calidad y un mantenimiento continuo para proporcionar una protección eficaz contra fallos y evitar averías catastróficas.

Preguntas frecuentes sobre la puesta a tierra de los prensaestopas

1. Acceda a la fuente oficial del Código Eléctrico Nacional (NEC) para comprender sus exhaustivas normas de seguridad. ↩

2. Conozca los detalles técnicos de la elevación del potencial de tierra (GPR) y sus implicaciones para la seguridad de los sistemas eléctricos. ↩

3. Sumérjase en el concepto de impedancia de transferencia y su papel fundamental en la medición de la eficacia del apantallamiento de los cables. ↩

4. Explorar el diseño y la aplicación de puestas a tierra Ufer (electrodos revestidos de hormigón) como método eficaz de puesta a tierra. ↩

5. Comprender el proceso electroquímico de la corrosión galvánica que se produce cuando entran en contacto metales distintos. ↩