La protección de personas y contra descargas atmosféricas y sobretensiones; la operación de sistemas de transporte de distribución; y la generación eléctrica y la funcionalidad CEM forman parte de los campos de actuación de la ingeniería de la puesta a tierra. Nos aproximamos en este post a tres conceptos fundamentales como son la tierra, la masa y el cero.
Cabe admitir que estos tres términos son usualmente confundidos y usados de forma incorrecta. Para tratar de clarificar conceptos debemos recordar que:
- Cero: Es el punto de referencia para todos los potenciales de un circuito que normalmente se encuentra en la fuente de alimentación.
- Masa: Son las partes conductoras que rodean un circuito eléctrico o electrónico que, usualmente, está conectado con masa para evitar corrientes parásitas.
- Tierra: Son las partes conductoras de construcciones conectadas eléctricamente con el terreno por seguridad mediante picas profundas.
Así mismo, podemos clarificar algunas características de su funcionamiento:
- A baja frecuencia los tres (cero, masa, tierra) están unidos
- A alta frecuencia cada punto es distinto
- Resaltar que los cables y las pistas de TCI tienen impedancia ( Z = f (frecuencia) )
- Es esencial definir bien la arquitectura de masas del equipo
La seguridad y la funcionalidad
La seguridad y la funcionalidad son algunas de las razones comunes que explican el uso de las tierras y las masas.
Si nos centramos en las razones para usar tierras en instalaciones encontraremos:
- Seguridad: Previene las descargas eléctricas al personal debidas a caídas de rayos o cortocircuitos o fallos de aislamiento (fugas)
- Funcionalidad: Tiene mucho que ver con la equipotencialidad. Las tierras nunca se deben utilizar como caminos de retorno de señales ni de corrientes de desequilibrio. Por la tierra no debería circular corriente.
Así mismo, reduce los problemas de compatibilidad electromagnética (CEM) al minimizar la diferencia de potencial entre distintos puntos de tierra debido a su efecto de apantallamiento y a su efecto de equipotencialidad.
En cambio, si nos fijamos en los motivos que justifican la utilización de masas en circuitos electrónicos encontramos:
- Seguridad: Previene las descargas eléctricas al personal debidas a fallos de aislamiento (fugas). Normalmente la masa del equipo electrónico se conecta al chasis y éste a la toma de tierra.
- Funcionalidad: La masa es el camino de retorno de las señales
De la misma manera que en el caso de las tierras, también reduce los problemas de compatibilidad electromagnética (CEM).
Optimización del diseño de sistemas de masas
Con el objetivo de optimizar lo máximo posible el diseño de sistemas de masas se han de tener en cuenta diversas consideraciones.
Por ejemplo, la puesta a masa dentro de los equipos electrónicos pretende el retorno de las señales, el retorno de la alimentación y establecer una conexión eléctrica segura.
Por el contrario, la puesta a masa desde el punto de vista de las EMI tiene como objetivo la implementación de las funciones anteriores con el mínimo EMI de MC posible y, además, el establecimiento de un camino para desviar las corrientes de EMI lejos de los circuitos susceptibles.
Finalmente, la topología del sistema de masa debe ser diseñada para asegurar un flujo de corriente controlado por los distintos caminos de retorno. El objetivo es reducir las corrientes de masa que entran en caminos críticos mediante diversas técnicas, como la segregación adecuada de los caminos de masa; el posicionamiento cuidadoso de los nodos de masa; y la eliminación de los bucles de masa.