El Principio de "Punto Único de Tierra" para el Diseño Seguro de Sistemas de Seguridad

1. Concepto Básico de la “Conexión a Tierra en un Solo Punto”

La conexión a tierra en un solo punto se refiere a una configuración en la que el host principal del sistema está conectado a tierra en un solo punto, mientras que todos los dispositivos remotos, incluyendo cámaras y otro equipo, deben permanecer eléctricamente aislados de la tierra. Específicamente, “conexión a tierra en un solo punto” significa que, para cualquier “sistema” donde los componentes están conectados eléctricamente de manera directa, el punto central de agregación (es decir, el host principal del sistema o el host del subsistema) debe estar conectado a tierra en un solo punto.

Por ejemplo, en un sistema de transmisión por fibra óptica: los transmisores ópticos multicanal de la parte frontal actúan como hosts de subsistemas. Sus cajas están conectadas a tierra en un solo punto, mientras que todas las cámaras conectadas a estos transmisores ópticos mediante cables deben permanecer aisladas de la tierra. Esto constituye “conexión a tierra en un solo punto” para un sistema con conectividad eléctrica directa. La conexión a tierra del host principal de la parte posterior no puede sustituir esto, ya que la fibra óptica proporciona aislamiento eléctrico entre ambos extremos.

2. Requisitos de Ingeniería para la “Conexión a Tierra en un Solo Punto”

El host principal debe estar conectado a tierra en un solo punto, y todo el equipo remoto en el sistema debe mantenerse flotando en relación con la tierra. Las cargas electrostáticas generadas dentro del sistema se descargan a través del punto de conexión a tierra del host, manteniendo la equipotencialidad estática con la tierra para garantizar la seguridad operativa.

Después de implementar la conexión a tierra en un solo punto, el “potencial de tierra” del sistema se refiere al potencial del sistema en relación con el potencial cero de la tierra, específicamente, el potencial en el punto de conexión a tierra del sistema.

En foros de la industria de seguridad, algunos defensores de la “protección contra rayos profesional” han descrito las fuerzas electromotrices (EMF) inducidas por rayos en los cables utilizando términos como “sobretensión” o “alto potencial”, afirmando que “los protectores contra sobretensiones conectados a tierra en ambos extremos del cable pueden clavar ambos extremos al mismo potencial”.

Sin embargo, el análisis de alta frecuencia muestra que, para las EMF inducidas alternativamente en los cables, incluso si la resistencia de conexión a tierra del protector contra sobretensiones es cero y los potenciales de tierra en ambos extremos son iguales, las tensiones de clavado de los protectores contra sobretensiones en ambos extremos siempre serán “iguales en magnitud pero opuestas en polaridad”. No hay ninguna condición de equipotencial real. Además, la “ruta de descarga a tierra” incluye la impedancia total AC/DC del cable y los conductores de conexión a tierra, así como la resistencia de conexión a tierra en sí misma. La idea de “desviar eficazmente la corriente de rayos” en tales configuraciones es simplemente una ilusión.

La EMF inducida por rayos no está relacionada con la tierra; no hay problema de descarga de corriente a la tierra. La “conexión a tierra en un solo punto” tiene como único propósito disipar las cargas electrostáticas dentro del sistema, por lo que no requiere una resistencia de conexión a tierra baja ni una red de conexión a tierra dedicada. Se diferencia fundamentalmente de la conexión a tierra tradicional de pararrayos, sistemas de energía o protectores contra sobretensiones diseñados para manejar corrientes grandes. Una simple conexión con alambre ordinario a las barras de refuerzo del edificio o a una tubería de agua es suficiente.

3. Análisis de Racionalidad de la “Conexión a Tierra en un Solo Punto”

La “conexión a tierra en un solo punto” elimina todos los bucles de tierra, bloqueando efectivamente las rutas de intrusión para el “potencial de tierra inducido por rayos” y el “potencial de tierra de la red de energía” en los sistemas electrónicos de baja tensión. Esta es la técnica más efectiva y fundamental para la protección contra rayos, la supresión de sobretensiones y la prevención de interferencias.

Por el contrario, la conexión a tierra en múltiples puntos introduce interferencias de potencial de tierra, sobretensiones de la red de energía y voltajes de contraataque de rayos. Numerosos casos reales en ingeniería de seguridad han confirmado que la conexión a tierra en múltiples puntos ha llevado a la destrucción tanto de equipos de seguridad como de dispositivos de protección contra rayos.

La “conexión a tierra en un solo punto” en sistemas de seguridad no solo es compatible con la protección contra rayos inducidos, sino que, de hecho, es un principio fundamental y un requisito esencial previo para el diseño adecuado de la protección contra rayos en dichos sistemas.

Los impactos directos de rayos no deben depender de ninguna parte del sistema conectada a tierra para la descarga. La protección contra rayos inducidos solo requiere circuitos protectores para suprimir la tensión inducida en los puertos del equipo a un nivel inferior a la “tensión máxima segura” del equipo. Tales circuitos protectores no necesitan estar conectados a tierra.

Con la “conexión a tierra en un solo punto”, todo el sistema flota al mismo potencial que el punto de conexión a tierra. Crear artificialmente conexiones a tierra en múltiples puntos con el fin de lograr “empalmes equipotenciales” es teórica y prácticamente inalcanzable para sistemas de información de amplia área.

Adherirse al principio de diseño de seguridad de “conexión a tierra en un solo punto” ayuda a evitar ser engañado por el mito de la “protección contra rayos basada en la conexión a tierra” y a prevenir inversiones innecesarias en sistemas de conexión a tierra excesivamente complejos.