Puesta a tierra y unión de un gabinete eléctrico

Conexión a tierra vs. enlace: qué hace cada uno

Una guía de cableado de automatización de un importante fabricante de controles lo explica de forma sencilla: la unión (bonding) es conectar entre sí las partes metálicas de chasis, ensamblajes, marcos, blindajes y gabinetes; la conexión a tierra (grounding) es la conexión al sistema de electrodos de puesta a tierra, que coloca el equipo al potencial de tierra. Ambos son importantes, pero por seguridad cumplen funciones diferentes.

En instalaciones de EE. UU., el Artículo 250 del NEC cubre ambos. Los requisitos de enlace del Artículo 250 establecen una ruta de corriente de falla de baja impedancia de regreso a la fuente de suministro para que el dispositivo de sobrecorriente se abra cuando ocurra una falla a tierra. El NEC 250.4(A)(5) denomina a esto la ruta efectiva de corriente de falla a tierra, y la tierra no se considera parte de ella. Una guía de capacitación para el 2020 NEC explica por qué: la resistencia de contacto entre un electrodo y la tierra es tan alta que regresa muy poca corriente de falla a través de ella, por lo que el disyuntor no se abriría y las partes metálicas permanecerían energizadas.

El resultado práctico para un gabinete: el conductor de puesta a tierra del equipo que llega con el circuito de alimentación es lo que despeja una falla. Una varilla de tierra clavada junto a un gabinete montado en un poste es un electrodo auxiliar bajo NEC 250.54; puede conectarse al conductor de puesta a tierra del equipo, pero nunca es un sustituto de este. Verifique la edición que su autoridad competente aplica para cada referencia de código en esta guía.

Qué debe conectarse equipotencialmente

NEC 250.96(A) (2020 edición, según se explica en una guía de capacitación de NEC) requiere que las partes metálicas destinadas a servir como conductores de puesta a tierra de equipos, incluyendo canalizaciones, cables, equipos y gabinetes, estén interconectadas para que puedan conducir de manera segura cualquier corriente de falla que probablemente se les imponga. Para un gabinete típico, esto significa:

• el cuerpo del gabinete, a través del conductor de puesta a tierra de entrada del equipo;
• la placa de montaje y todo lo que esté conectado a tierra a través de ella;
• una puerta o cubierta que contiene dispositivos eléctricos;
• conductos metálicos y accesorios que entran al gabinete;
• los marcos metálicos de los dispositivos que tienen su propio terminal de tierra.

El conductor de puesta a tierra del equipo se dimensiona según la clasificación del dispositivo de sobrecorriente que lo precede, utilizando la Tabla 250.122 del NEC. Algunas filas de la tabla 2020 para conductores de cobre:

El conductor no necesita ser más grande que los conductores del circuito, y el NEC 250.122(B) requiere que se aumente en proporción si los conductores de fase aumentan de tamaño, por ejemplo, por caída de tensión. Los conductores de puesta a tierra del equipo aislados de 6 AWG o menores deben ser verdes o verdes con una o más franjas amarillas (NEC 250.119).

Pernos de tierra, la barra de tierra y cómo apilar terminales

Conecte el conductor de puesta a tierra de equipo entrante a un perno de tierra en el cuerpo del gabinete o a una barra de tierra montada en la placa de montaje, luego lleve un conductor separado desde cada dispositivo o chasis a su propio terminal en la barra. La directriz de automatización anterior recomienda exactamente eso: una barra de tierra central en el panel posterior, con cada chasis conectado a un perno individual en lugar de estar conectados en serie.

La forma en que se sujeta el conductor también importa. El NEC 250.8(A) (2017 edición, según lo resumido por EC&M) enumera los métodos permitidos para conductores de conexión a tierra de equipos y puentes de enlace, incluyendo conectores de presión listados, barras de terminales, soldadura exotérmica, tornillos de máquina que engranan al menos dos hilos o se aseguran con una tuerca, tornillos de máquina formadores de rosca que engranan al menos dos hilos, y conexiones que forman parte de un ensamblaje listado. Bajo 250.8(B), no se permiten las conexiones que dependen únicamente de soldadura.

Cuando dos terminales comparten un perno, la misma directriz describe colocar el primer terminal entre una arandela de estrella y una tuerca con una arandela de estrella cautiva, y luego el segundo terminal entre esa tuerca y una segunda tuerca con arandela de estrella cautiva, de modo que cada terminal quede sujeto de forma independiente. Cada gabinete de montaje en pared NEMA4 Enclosure cuenta con pernos de tierra para estas conexiones.

Conexión equipotencial de la placa de montaje

La placa de montaje soporta la mayoría de los dispositivos, por lo que debe ser una parte sólida de la trayectoria de falla. La directriz de automatización solicita una buena conexión eléctrica entre cada chasis, la placa posterior y el gabinete a través de cada perno o espárrago de montaje, eliminando la pintura u otro acabado no conductor alrededor de los espárragos y agujeros roscados. Además de esas conexiones, se recomienda 1 en trenza de cobre o al menos 8 AWG de cable de cobre trenzado desde cada chasis, el gabinete y la barra de tierra central en la placa posterior.

Nuestros gabinetes de montaje en pared tienen una placa de montaje galvanizada extraíble sobre pernos soldados. Debido a que la placa se puede extraer, trate los pernos y las tuercas como una fijación mecánica y añada un conductor de unión desde la placa hasta un perno de tierra, para que la unión no dependa de qué tan apretadas se vuelvan a colocar las tuercas tras un reensamblaje. Un caso de campo sobre la unión de una placa de control con junta muestra por qué un pitido de continuidad a través de los pernos de montaje no demuestra una trayectoria de corriente de falla.

Conexión equipotencial de la puerta

Una bisagra es un conductor deficiente: es una unión móvil y puede estar pintada. La directriz de automatización es clara al respecto: no confíe en la bisagra para el contacto eléctrico entre la puerta y el gabinete; instale un cable de unión.

Para maquinaria industrial, la NFPA 79 añade un requisito. La sección 8.2.3.6.1 de la edición 2007, según citan los profesionales (verifique la edición vigente), establece: "Cuando los dispositivos eléctricos se montan en puertas o cubiertas conductoras, se debe instalar un puente de unión (de protección) para el equipo". El puente conecta la puerta o cubierta al gabinete o a una terminal de conexión de protección en su interior. Los números de las cláusulas cambian entre ediciones, por lo que debe verificar la edición que se aplique a su máquina.

En la práctica: una puerta con pulsadores, luces piloto, un medidor o una pantalla recibe un puente de conexión flexible desde un perno en la puerta hasta un perno en el cuerpo, con suficiente holgura para que la puerta se abra por completo. Nuestros gabinetes de montaje en pared tienen una bisagra continua, y se aplica la misma regla: conecte la puerta con un puente cuando contenga dispositivos. Si necesita un perno adicional en la puerta de un diseño personalizado, especifíquelo en su solicitud de cotización.

Pintura, recubrimientos y superficies de contacto

La conexión equipotencial solo funciona a través de metal desnudo. El NEC 250.12 requiere que los recubrimientos no conductores, como pintura, laca y esmalte, en el equipo que se va a conectar a tierra se eliminen de las roscas y otras superficies de contacto, a menos que los accesorios estén diseñados para que la eliminación sea innecesaria; 250.96(A) repite la regla para gabinetes y otras partes metálicas que sirven como conductores de puesta a tierra. La misma guía de capacitación señala que apretar una contratuerca firmemente con un destornillador y alicates se considera suficiente para atravesar la pintura y otros acabados no conductores en una conexión de conducto. Eso se aplica solo a las contratuercas de conductos: aun así, elimine la pintura en los pernos de tierra y en cualquier otro punto de conexión equipotencial.

• Acero al carbono con recubrimiento en polvo: raspe o enmascare el recubrimiento en cada perno de conexión a tierra, punto de unión y entrada de conducto, o utilice accesorios diseñados para perforarlo.
• Acero inoxidable: no hay pintura que eliminar, pero las caras de contacto deben estar limpias y libres de aceite o sellador.
• Placas de montaje galvanizadas: el recubrimiento de zinc es metálico; mantenga las áreas de contacto libres de pintura, etiquetas y cinta.

Tenga cuidado con las juntas y arandelas de sellado bajo los hubs y prensaestopas de conducto: evitan la entrada de agua, pero también pueden interrumpir el contacto metal con metal que requiere una trayectoria de conexión equipotencial. Utilice una contratuerca o un buje de conexión equipotencial, o un accesorio con su propio dispositivo de conexión equipotencial, cuando el conducto metálico forme parte de la trayectoria de tierra.

Rieles DIN, blindajes y ruido

Un riel DIN es un soporte mecánico. IEC 60715:2017 establece que la función eléctrica de un riel para la puesta a tierra de protección está cubierta por la norma de producto pertinente, por lo que un riel conecta a tierra un dispositivo solo cuando la documentación de dicho dispositivo así lo indica. Algunos productos no tienen terminal de tierra y se conectan a tierra únicamente a través del riel; para estos, la directriz de automatización indica que se debe pasar un conductor de puesta a tierra de equipo desde el perno de montaje del riel hasta su propio perno en la barra de tierra.

Una buena conexión equipotencial también reduce el ruido eléctrico. La misma guía recomienda un gabinete de acero para protegerse contra interferencias, señala que una ventana de visualización en la puerta debe ser una pantalla laminada o un sustrato óptico conductor para bloquearlas, y pide que cada blindaje de cable esté conectado a tierra solo en un extremo, en el extremo que indiquen las instrucciones del producto, y nunca conectado al lado común de un circuito lógico. La tierra de protección y la referencia de 0 V de un circuito de control son conexiones separadas; evaluar una conexión de 0 V a tierra en un gabinete metálico explica por qué una lectura del medidor entre ellas dice poco sobre el blindaje, y por qué la tierra de protección nunca se desconecta para eliminar el ruido. La separación de cables de alimentación y señales se cubre en la guía de diseño de placa posterior y riel DIN.

Mantenga el neutro fuera del gabinete

Aguas abajo del seccionador de servicio, el neutro (conductor puesto a tierra) y el conductor de puesta a tierra del equipo se mantienen separados. El NEC 250.6 requiere que los sistemas se instalen de manera que la corriente del neutro o del circuito no fluya por las partes metálicas; la guía de capacitación enumera, como causa de corriente objetable, conectar el neutro a la caja metálica de un seccionador que no sea parte del seccionador de servicio, y advierte sobre riesgos de descarga, incendio y mal funcionamiento de los dispositivos de protección. En un gabinete alimentado desde un panel externo, conecte los neutros a un terminal de neutro aislado y las tierras al bus de tierra, y nunca los una allí. Los sistemas derivados por separado, como un transformador de control con un secundario puesto a tierra, siguen sus propias reglas en el Artículo 250; siga el manual del transformador y la edición del código vigente.

Gabinetes no metálicos

Los gabinetes de policarbonato y de poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV) no son conductores, por lo que nada se une a través de la pared. Cada parte metálica dentro o sobre la caja (la placa de montaje, los hubs de conducto metálicos, los herrajes de la puerta que contienen dispositivos) debe conectarse al conductor de puesta a tierra del equipo mediante su propio conductor de unión o un accesorio con provisión de unión. Compare los materiales en gabinetes de policarbonato vs. de poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV) y comparación de materiales de gabinetes.

Si el gabinete terminado se convierte en un panel de control industrial, el listado y la inspección añaden sus propios requisitos; consulte UL 50E, NEMA 250 y listado.

Preguntas frecuentes

Fuentes

1. Mike Holt, Entendiendo los requisitos del NEC 2020 para la unión y puesta a tierra: 250.96 y 250.12 (y la introducción al Artículo 250)
2. Mike Holt, 2020 NEC: 250.54 electrodos auxiliares, la tierra no es la trayectoria efectiva de la corriente de falla a tierra de 250.4(A)(5)
3. Mike Holt, 2020 NEC: 250.122 y Tabla 250.122, dimensionamiento de conductores de puesta a tierra de equipos
4. Mike Holt, 2020 NEC: 250.119, identificación de conductores de puesta a tierra de equipos
5. Mike Holt, 2020 NEC: 250.6, corriente objetable
6. EC&M, "Preguntas y respuestas sobre el código: Conexión de equipos de unión y puesta a tierra" (NEC 250.8, 2017)
7. Foro de Mike Holt, "Puesta a tierra de la puerta del panel de control" (NFPA 79 8.2.3.6.1 citado)
8. Rockwell Automation, Industrial Automation Wiring and Grounding Guidelines, publicación 1770-4.1 (unión, bus de tierra, cable de unión de puerta, conexión a tierra de riel DIN)
9. IEC 60715:2017 (función de puesta a tierra protectora de rieles sujeta a los estándares del producto)
10. NFPA 70, National Electrical Code (acceso gratuito de solo lectura): Artículo 250