Calculadora del sistema de puesta a tierra del variador – NEC, NTC 2050, IEEE

La correcta puesta a tierra de variadores es esencial para la seguridad y el rendimiento de sistemas eléctricos industriales. El cálculo preciso asegura protección contra fallas, interferencias y cumplimiento normativo.

Este artículo explica cómo calcular el sistema de puesta a tierra del variador según NEC, NTC 2050 e IEEE. Encontrarás fórmulas, tablas, ejemplos y una calculadora inteligente para facilitar el proceso.

Calculadora con inteligencia artificial (IA) – Calculadora del sistema de puesta a tierra del variador – NEC, NTC 2050, IEEE

• Calcular el conductor de puesta a tierra para un variador de 75 kW, 480 V, según NEC 2023.
• ¿Qué tamaño de varilla de puesta a tierra necesito para un variador de 30 HP, 220 V, NTC 2050?
• Dimensionar el sistema de puesta a tierra para un VFD de 60 A, 3 fases, IEEE 142.
• ¿Cuántos conductores de tierra y de qué calibre para un variador de 100 HP, 380 V?

Tablas de valores comunes para la Calculadora del sistema de puesta a tierra del variador – NEC, NTC 2050, IEEE

La tabla anterior resume los valores más comunes para el cálculo del sistema de puesta a tierra de variadores, considerando las normativas NEC, NTC 2050 e IEEE. Los valores pueden variar según condiciones específicas de instalación, tipo de suelo y requerimientos de protección.

Fórmulas para la Calculadora del sistema de puesta a tierra del variador – NEC, NTC 2050, IEEE

El cálculo del sistema de puesta a tierra para variadores implica varias fórmulas, dependiendo de la normativa y el parámetro a determinar. A continuación, se presentan las fórmulas principales, explicando cada variable y sus valores típicos.

1. Cálculo del calibre del conductor de puesta a tierra (NEC Artículo 250.122)

• Corriente nominal del dispositivo de protección (A): Corriente del interruptor o fusible que protege el circuito del variador.
• Calibre del conductor de tierra (AWG): Se selecciona de la tabla NEC 250.122 según la corriente nominal.

Valores comunes: Para 60 A, se usa AWG 10; para 100 A, AWG 8; para 200 A, AWG 4.

2. Cálculo de la resistencia máxima de puesta a tierra (IEEE Std 142-2007, NTC 2050)

• R_t: Resistencia de la varilla de tierra (Ω)
• ρ: Resistividad del suelo (Ω·m), típicamente entre 10 y 1000 Ω·m
• L: Longitud de la varilla de tierra (m), comúnmente 2.4 o 3.0 m
• d: Diámetro de la varilla de tierra (m), típicamente 0.016 a 0.025 m

Valores comunes: Para suelos normales, ρ = 100 Ω·m, L = 2.4 m, d = 0.016 m.

3. Cálculo del número de varillas de tierra (IEEE Std 142-2007)

• N: Número de varillas requeridas
• R_t,individual: Resistencia de una varilla (Ω)
• R_t,objetivo: Resistencia máxima permitida (Ω), típicamente 5 Ω

Valores comunes: Si una varilla da 20 Ω y el objetivo es 5 Ω, se requieren al menos 4 varillas.

4. Cálculo del área mínima del conductor de tierra (NTC 2050, Sección 250-95)

• S: Sección mínima del conductor de tierra (mm²)
• I_f: Corriente de falla presumida (A)
• t: Tiempo de despeje de la falla (s), típicamente 0.2 a 1 s
• k: Constante del material (cobre: 115, aluminio: 76)

Valores comunes: Para I_f = 5000 A, t = 0.2 s, k = 115 (cobre), S ≈ 21 mm².

Ejemplos del mundo real: Aplicación de la Calculadora del sistema de puesta a tierra del variador – NEC, NTC 2050, IEEE

Ejemplo 1: Variador de 75 kW, 480 V, protección con interruptor de 125 A

Se requiere calcular el calibre del conductor de tierra y la resistencia máxima de puesta a tierra.

• Datos:
  • Potencia: 75 kW
  • Voltaje: 480 V
  • Corriente nominal: 96 A
  • Interruptor: 125 A
  • Resistividad del suelo: 100 Ω·m
  • Varilla: 2.4 m de largo, 16 mm de diámetro

1. Calibre del conductor de tierra (NEC 250.122):

• Para 125 A, la tabla NEC 250.122 indica AWG 8 (8.37 mm²).

2. Resistencia de la varilla de tierra (IEEE 142):

• R_t = 100 / (2π * 2.4) * ln(4*2.4/0.016)
• ln(4*2.4/0.016) = ln(600) ≈ 6.3969
• 2π*2.4 ≈ 15.08
• R_t = 100 / 15.08 * 6.3969 ≈ 42.43 Ω

Como la resistencia es mayor a 5 Ω, se requieren varias varillas:

• N = 42.43 / 5 ≈ 8.5 → 9 varillas en paralelo (considerando el efecto de reducción por paralelismo).

Resultado: Se debe instalar un conductor de tierra AWG 8 y al menos 9 varillas de 2.4 m x 16 mm para cumplir con la resistencia máxima de 5 Ω.

Ejemplo 2: Variador de 30 HP, 220 V, protección con interruptor de 50 A

• Datos:
  • Potencia: 30 HP (22.4 kW)
  • Voltaje: 220 V
  • Corriente nominal: 40 A
  • Interruptor: 50 A
  • Resistividad del suelo: 80 Ω·m
  • Varilla: 2.4 m de largo, 16 mm de diámetro

1. Calibre del conductor de tierra (NEC 250.122):

• Para 50 A, la tabla NEC 250.122 indica AWG 10 (5.26 mm²).

2. Resistencia de la varilla de tierra (IEEE 142):

• R_t = 80 / (2π * 2.4) * ln(4*2.4/0.016)
• ln(600) ≈ 6.3969
• 2π*2.4 ≈ 15.08
• R_t = 80 / 15.08 * 6.3969 ≈ 33.94 Ω

Se requieren varias varillas para alcanzar 5 Ω:

• N = 33.94 / 5 ≈ 6.8 → 7 varillas en paralelo.

Resultado: Se debe instalar un conductor de tierra AWG 10 y al menos 7 varillas de 2.4 m x 16 mm para cumplir con la resistencia máxima de 5 Ω.

Variables críticas y consideraciones adicionales

• Resistividad del suelo: Factor determinante en el número y longitud de varillas. Suelos arcillosos presentan menor resistividad que suelos arenosos.
• Material del conductor: El cobre es preferido por su baja resistividad y durabilidad, aunque el aluminio es aceptado en algunos casos.
• Tiempo de despeje de falla: Un tiempo menor permite usar conductores de menor sección.
• Normativas locales: Siempre verificar requisitos específicos de la jurisdicción.
• Interferencia electromagnética: Una puesta a tierra deficiente puede causar fallas en la operación del variador y equipos asociados.

Para mayor información técnica y normativa, se recomienda consultar:

• NFPA 70 (NEC)
• IEEE Standards
• NTC 2050

El diseño y cálculo del sistema de puesta a tierra para variadores es una tarea crítica que requiere precisión, conocimiento normativo y análisis de condiciones específicas de cada instalación. Utilizar herramientas como la calculadora IA y las tablas presentadas facilita el cumplimiento de los estándares internacionales y la seguridad operativa.

Si necesitas continuar con más ejemplos, detalles normativos o casos especiales, indícalo para ampliar la información.