Sistemas de masas en circuitos complejos

Todos tenemos una idea de la utilidad de la red de masas en una máquina o en la maquinaria de un sistema de producción. Conectamos a cierto punto todas las conexiones negativas de diferentes partes de un sistema con dos finalidades.

Por un lado porque nos interesa tener una referencia de tensión a la que llamaremos cero voltios para poder medir y calcular el voltaje de otros puntos del circuito a partir de ahí.

Además, por otra parte, intentamos que el potencial en ese punto sea estable.

¿Alguien ha intentado hacer que subiese la marea vaciando cubos de agua en el mar?. No lo intentes. No conseguirás nada. El mar es demasiado grande.

Del mismo modo, si conectamos el hilo de masa a la tierra (¡al planeta, vamos!) no podemos hacer variar el potencial de la tierra.

Así nos aseguramos que, incluso cuando algo falla y se conecta accidentalmente a masa algo que no debería estarlo (como el bobinado de un motor quemado, por ejemplo) el voltaje en ese punto no es peligroso.

En el siguiente dibujo podemos ver un esquema muy simplificado del sistema de alimentación de una instalación compleja.

En la parte de más abajo aparece la red de tierra. Existe una pica de tierra en el edificio que en el esquema tiene una resistencia en serie de 50 ohmios. Es un valor que  puede medirse en muchas instalaciones.

Conectado ahí, va un conductor de masa a las diferentes partes del sistema.

La tierra suele ser un cable color verde y amarillo que recorre todo los circuitos dando referencia negativa a placas de maniobra y protección a carcasas de máquinas, cuadros, etc.

Es posible que entre el principio y el final haya cierta resistencia. Por eso ponemos, insertadas en la línea de tierras, unas resistencias pequeñas; de un ohmio.

En la parte izquierda del esquema tenemos las diferentes alimentaciones. Y en el resto aparecen de forma muy simplificada, como una simple resistencia equivalente, los diferentes circuitos.

Imagen1

Se han puesto puntas de medida en paralelo con la carga de cada uno de los circuitos.

La resistencia R9, en paralelo con la R7 tiene un valor muy alto y se pone porque, solo con variar su valor, nos permitirá simular un cortocircuito en uno de las cargas.

Veamos lo que sale usando un programa de simulación electrónica (OrCAD):

Imagen2

Las tensiones de los dos circuitos de alterna tienen el valor esperado.

Pero las tensiones de los circuitos de continua presentan oscilaciones que, en el caso de la de 5V son demasiado grandes para que el circuito funcione sin fallos .

Imagen3Vamos a ver ahora lo que pasaría si la bobina de un aelectroválvula, por ejemplo, se pone en cortocircuito. Para ello variamos el valor de R9 a 0.1 ohmios.

Imagen4La alimentación de 5 voltios pasa a ser de doscientos, provocando daños permanentes en las placas electrónicas.

 

 

 

Este circuito está mal diseñado. La resistencia de las líneas de tierra provoca una alimentación de mala calidad que impide el buen funcionamiento y un cortocircuito provocará daños en la electrónica del sistema.

Imagen5Intentaremos arreglarlo. Parecería que la solución sería aumentar mucho la sección de los cableados de tierras para que desaparezcan los dos valores de 1 ohmio del resto del conexionado de masas.

En realidad simplemente hemos de ordenar el circuito de masas. Mas práctico y mas barato.

Imagen6

Ahora la toma de tierra estará conectada a una regleta que llamaremos masa de protección. La rejilla azul representa la carcasa de protección de un elemento eléctrico de alto voltaje (por ejemplo, un motor. La resistencia de 1 megaohmio representa la resistencia de aislamiento de su bobina).

A esa regleta van conectadas otras dos regletas llamadas masa de potencia y masa de control.

A la masa de control conectaremos la parte negativa de las pequeñas alimentaciones de corriente continua y a la masa de potencia las alimentaciones de más voltaje en alterna.

Volvemos a simular el circuito.

Imagen7

Veamos en detalle las alimentaciones de continua. Particularmente la de 5 voltios. Es perfectamente estable.

Imagen8

Y ahora la prueba definitiva.

Reduciendo la resistencia de aislamiento del circuito de 200V ac a tierra a solo 0.1 ohmios, (derivación a masa de la bobina de freno) podemos ver que las alimentaciones permanecen estables.

Imagen9

El cortocircuito provocará fallos en el sistema pero ninguna placa resultaría dañada permanentemente.

Esto demuestra que es fundamental una buena conexión de tierra.

Sigamos las indicaciones de los manuales de los fabricantes de equipos.

Si al montar cierto dispositivo tenemos instrucciones de conectar en cierta regleta o tornillo conectémoslo exactamente ahí. Puede parecer que todos los hilos de masa son el mismo punto pero no es exactamente así.

 

Si no respetamos las indicaciones de los manuales, en cuanto a los circuitos de tierras o masas crearemos problemas y daños en los materiales electrónicos, pérdida de tiempo, trabajo extra de montaje o mantenimiento y muchos quebraderos de cabeza al personal técnico con averías esporádicas e intempestivas.

 

Eliezer Acuña.

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