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Masa eléctrica
Más información sobre la masa eléctrica, su legislación y sus características específicas.
¿Qué es la masa eléctrica?
En términos jurídicos, según el Decreto nº 88-1056 de 14 de noviembre de 1988, la masa es :
"La parte conductora de un equipo eléctrico susceptible de ser tocada por una persona, que normalmente no está bajo tensión pero que puede llegar a estarlo en caso de defecto de aislamiento en las partes activas del equipo".
Por lo tanto, es una parte conductora de un circuito, un conjunto de circuitos, o una estructura o un conjunto de estructuras metálicas, cuyo potencial eléctrico debe ser cero. En otras palabras, se puede medir una tensión eléctrica a partir de esta parte conductora.
Por consiguiente, la puesta a tierra garantiza la equipotencialidad entre los distintos aparatos y estructuras metálicas del interior de un edificio o vehículo. En otras palabras, cada equipo y cada estructura metálica que lo compone está conectada a los demás equipos y estructuras, y -a través de esta conexión- todos se llevan a la misma tensión de referencia. Para que esta tensión se mantenga a cero, incluso en caso de fallo eléctrico en uno de los aparatos, todas estas masas interconectadas deben estar conectadas a tierra.
La puesta atierra elimina o, al menos, reduce el riesgo de descargas eléctricas en las instalaciones industriales, domésticas y de otro tipo (por ejemplo, en los vehículos). Por lo tanto, todas las habitaciones de un edificio deben estar equipadas con puntos de puesta a tierra, que también deben estar conectados a las tuberías de agua, canalones, armazones metálicos, refuerzos de hormigón, etc. Todas estas masas metálicas deben estar conectadas a tierra. Todas estas masas metálicas deben estar conectadas entre sí para formar una masa eléctrica, que a su vez debe estar conectada a un punto de puesta a tierra.
Sin embargo, la puesta a tierra no siempre es posible, sobre todo a bordo de ciertos vehículos: en un barco, el casco está simplemente en contacto con el agua, lo que lo lleva a potencial cero. En un coche, un camión o un vehículo de dos ruedas, no hay toma de tierra. Esto explica por qué puedes sentir una descarga de electricidad cuando subes o bajas. Sin embargo, esto puede remediarse utilizando un cable antiestático o una tira de puesta a tierra para conectar el chasis del vehículo a tierra y llevarlo a potencial cero. Los vehículos sobre raíles están permanentemente conectados a tierra por contacto con el raíl. Por último, obviamente es imposible conectar a tierra un avión, pero la cabina se conecta a tierra antes de subir o bajar para llevarla a potencial cero. El mismo procedimiento debe seguirse antes de llenar un camión cisterna, para evitar cualquier flameo o explosión.
Para comprender la diferencia entre tierra y masa, hay que entender que la conexión a tierra permite la equipotencialidad, es decir, llevar varios aparatos, circuitos y estructuras metálicas al mismo potencial, mientras que la masa mantiene este potencial a cero voltios. Por tanto, la conexión a tierra es una necesidad técnica, mientras que la puesta a tierra es un imperativo de seguridad.
Símbolos eléctricos de tierra y masa
Según las normas eléctricas, ya sea para electricidad de edificios, electrodomésticos, electrónica o industrial, para la toma de tierra se utiliza cable de color verde y amarillo. Sin embargo, también se puede utilizar alambre sin funda o trenza metálica desnuda, ya que normalmente estos conductos no deben transportar cargas eléctricas o, si lo hacen, permiten que se disipen directamente a tierra.
De hecho, éste es el propósito mismo de los circuitos de puesta a tierra y de enlace: la electricidad siempre elige la ruta más directa y menos resistiva hacia la tierra. Por eso, en caso de avería eléctrica en un aparato, puede tocarlo sin sentir una descarga -y por tanto sin peligro- si está correctamente conectado a tierra.
Cómo conectar a tierra un aparato
En un circuito eléctrico alimentado por corriente continua, uno de los dos hilos de alimentación está siempre conectado al armazón metálico del aparato, es decir, a tierra: por convención, es invariablemente el negativo, mientras que el positivo está aislado. Los equipos electrónicos compuestos por varios circuitos interdependientes necesitan esta tierra como referencia de potencial para funcionar correctamente.
En corriente alterna, la fase y el neutro están aislados y, por tanto, no están conectados a tierra. Sólo el chasis del aparato está conectado a la tierra de la toma de corriente.
Ejemplos de aplicaciones
Filtrado de señales no deseadas
Un ejemplo concreto de la utilidad de la toma de tierra eléctrica -siempre que esté conectada a tierra- es el filtrado de señales sinusoidales mediante un filtro conocido como "paso bajo". Este filtro bloquea las altas frecuencias indeseables cortocircuitándolas a tierra, mientras deja pasar las bajas frecuencias que se desea conservar (de ahí su nombre). Este circuito, muy sencillo, consta de una resistencia R colocada en serie en un circuito y de un condensador C conectado en paralelo. El cálculo de este filtro viene dado por la fórmula :
fc = 1/ 2 ¶ RC
fc es la frecuencia de corte, expresada en hercios. El valor de la resistencia R se da en Ohmios, y el del condensador C en Faradios. Redondear 2 ¶ a 6,28.
Este tipo de filtro puede utilizarse, por ejemplo, para suprimir un silbido agudo en un circuito de audio, o para eliminar frecuencias armónicas en un circuito de alimentación eléctrica. Existen otras celdas diferentes, que pueden utilizarse para suprimir frecuencias bajas (filtro pasa-altos), o para suprimir tanto frecuencias altas como bajas (filtro pasa-banda), o para filtrar ciertas frecuencias definidas, dejando pasar otras, tanto más bajas como más altas (filtro de rechazo).
En todos los casos, las frecuencias no deseadas deben evacuarse a tierra, lo que requiere una conexión previa a tierra. De lo contrario, estas señales no deseadas se estancarían en el circuito, haciendo ineficaz el filtrado, o incluso peligroso en algunos casos.
La conexión a tierra y a masa, aunque en realidad no forman parte de las celdas de filtrado, son un complemento imprescindible para su correcto funcionamiento.
Eliminación de radiaciones, corrientes parásitas y altas frecuencias mediante apantallamiento a tierra
El apantallamiento de tierra es una envoltura metálica conectada a tierra que rodea determinados circuitos electrónicos, bien para protegerlos de radiaciones perturbadoras, bien para evitar que los propios circuitos emitan señales parásitas. Para ser eficaz, el apantallamiento a tierra debe estar conectado a una red eléctrica de tierra, a su vez conectada a tierra.
Ciertas instalaciones eléctricas o electrónicas pueden, por su propia naturaleza, generar señales indeseables que son perturbadoras para otras instalaciones cercanas.
Un ejemplo bien conocido es la radiación producida por las líneas eléctricas de alta tensión y los transformadores conectados a ellas. El paso cerca de ellos puede ser percibido por un aparato de radio e interferir en la recepción de determinadas frecuencias. En teoría, el blindaje de tierra eliminaría estas interferencias enviándolas a tierra. En la práctica, sin embargo, es obviamente imposible aislar estas líneas, que están al aire libre. Este problema se ha superado con el uso generalizado de radiofrecuencias más altas -conocidas como banda FM- que son menos sensibles a esta radiación, en detrimento de las bandas de frecuencias más bajas, conocidas como onda larga y onda corta, que ahora se utilizan cada vez menos.
Sin embargo, la radiación parásita sigue existiendo, aunque ya no la percibamos. Simplemente se ha eludido el problema.
También producen perturbaciones similares las llamadas fuentes de alimentación electrónicas "conmutadas" (regulación electrónica por conmutación, utilizadas por su alta eficiencia), como las que se emplean en los microordenadores, pero cuyo uso también se ha generalizado en la electrónica de consumo en las últimas décadas. En los primeros tiempos de las fuentes de alimentación conmutadas, había muchos problemas causados por las radiaciones de interferencia. Desde entonces, se ha avanzado en el filtrado de estos circuitos (véase filtros de paso bajo, apartado anterior) y se han generalizado el apantallamiento, las conexiones a tierra y la puesta a tierra.
Para evitar o limitar los problemas de radiaciones parásitas, algunas instalaciones se colocan en locales especialmente bien conectados a tierra o incluso en recintos metálicos confinados que forman una red de tierra prácticamente hermética a las señales y radiaciones exteriores. Esto crea el efecto de una jaula de Faraday.
Esto es especialmente cierto en salas de ordenadores y servidores web, transmisores de radio y televisión, transformadores de red EDF o instalaciones industriales, etc.
Los laboratorios de mediciones eléctricas no crean interferencias; al contrario, son sensibles a las perturbaciones externas. Por ello, también están protegidos por el mismo proceso de apantallamiento.
Las conexiones a tierra y un apantallamiento eléctrico óptimo se consiguen mediante cintas o trenzas de tierra. Debido a su eficacia demostrada, el apantallamiento con trenza metálica se utiliza en todos los cables que transportan señales débiles y sensibles a las interferencias eléctricas. Por ejemplo, los cables de antena de televisión, que transportan señales débiles a altas frecuencias, tienen un núcleo central por el que pasan las señales de alta frecuencia, rodeado de un apantallamiento trenzado concéntrico de cobre o cobre estañado.
Circuitos de tierra para la protección contra el rayo
Esta conexión puede hacerse mediante cable eléctrico, pero lo más frecuente es utilizar trenza de tierra. La ventaja de la trenza es que es más flexible y puede doblarse o retorcerse con más facilidad. Por ejemplo, la trenza plana puede utilizarse para conectar de forma óptima dos superficies perpendiculares de una caja eléctrica o el armazón metálico de un motor a otra estructura conductora (carril o canaleta eléctrica) y, de forma más general, a planos que están desalineados entre sí.
Para ser eficaz, una toma de tierra debe ser lo más corta posible y tener una superficie de contacto máxima: por su forma plana, la trenza de tierra es el conductor más adecuado para este fin.
Además, la trenza tiene una impedancia mucho menor que un hilo o cable del mismo material, sobre todo a altas frecuencias. Esto significa menos resistencia y, por tanto, mejor contacto eléctrico. La impedancia del fleje es aún menor, pero es mucho más rígido y no ofrece la flexibilidad de la trenza.
¿Cómo se conectan a tierra los aparatos, circuitos y carcasas metálicas?
Esta conexión puede hacerse mediante cable eléctrico, pero lo más frecuente es utilizar trenza de tierra. La ventaja de la trenza es que es más flexible y puede doblarse o retorcerse más fácilmente. Por ejemplo, la trenza plana puede utilizarse para conectar de forma óptima dos superficies perpendiculares de una caja eléctrica o el armazón metálico de un motor a otra estructura conductora (carril o canaleta eléctrica) y, de forma más general, a planos que están desalineados entre sí.
Para ser eficaz, una toma de tierra debe ser lo más corta posible y tener una superficie de contacto máxima: por su forma plana, la trenza de tierra es el conductor más adecuado para este fin.
Además, la trenza tiene una impedancia mucho menor que un hilo o cable del mismo material, sobre todo a altas frecuencias. Esto significa menos resistencia y, por tanto, mejor contacto eléctrico. La impedancia del fleje es aún menor, pero el fleje es mucho más rígido y no ofrece la flexibilidad del trenzado.
Por lo tanto, la trenza es el conductor preferido para las conexiones a tierra.
La trenza de puesta a tierra viene en tamaños estándar o puede fabricarse a medida, en diferentes anchuras, longitudes y grosores, en función de las dimensiones de las estructuras que debe conectar y de las tensiones y corrientes que debe transportar. También hablamos de la corriente de cortocircuito a tierra, que determina el tamaño de la trenza. Varía en función de si la trenza se utiliza para conectar el mínimo de una batería de coche a tierra, para su uso en una instalación industrial o doméstica, o para la protección contra el rayo.
El material utilizado para la trenza de tierra suele ser el cobre, por su buena conductividad y maleabilidad.
Para evitar la oxidación, la trenza de cobre puede estañarse. También hay trenzas de aluminio. Este material no es tan buen conductor y es mecánicamente menos flexible que el cobre, pero tiene la ventaja de ser menos susceptible al deterioro. El trenzado de aluminio se utiliza con menos frecuencia.
La trenza se fija mediante orificios engarzados en los que se insertan tornillos de conexión. La longitud de la trenza se define generalmente por la distancia entre los dos orificios. El diámetro de los orificios es proporcional a las dimensiones de la trenza y determina el tamaño de los tornillos que deben utilizarse.
La forma de la trenza puede ser plana o redonda.
En función de su utilización, las características mecánicas de la trenza son las siguientes:
MALTEP propone trenzas adaptadas a todas las tomas de tierra, en tamaños estándar y también a medida, con secciones que van de 6 mm² a 240 mm² o más.
Encuentre todos nuestros productos en nuestro sitio web.
- El tipo, trenza redonda o plana
- Dimensiones: longitud, anchura, grosor
- La sección
- Longitud entre ejes
- El diámetro de los orificios
- El material: cobre, estañado o no
En función de su uso, las características mecánicas de la trenza son las siguientes:
MALTEP ofrece trenzas en tamaños estándarpara todas las conexiones de tierra y masa, así como trenzas a medida con secciones que van desde 6 mm² hasta 240 mm² o más.
