Sistema de puesta a tierra

by / Viernes, Marzo 17 2017 / Publicado en Eléctrico y Mecánico

En una instalación eléctrica o en un sistema de suministro eléctrico, un sistema de puesta a tierra or sistema de puesta a tierra conecta partes específicas de esa instalación con la superficie conductora de la Tierra por razones de seguridad y funcionales. El punto de referencia es la superficie conductora de la Tierra, o en los barcos, la superficie del mar. La elección del sistema de puesta a tierra puede afectar la seguridad y la compatibilidad electromagnética de la instalación. Las regulaciones para los sistemas de puesta a tierra varían considerablemente entre países y entre diferentes partes de los sistemas eléctricos, aunque muchos siguen las recomendaciones de la Comisión Electrotécnica Internacional que se describen a continuación.

Este artículo solo se refiere a la conexión a tierra para energía eléctrica. A continuación se enumeran ejemplos de otros sistemas de puesta a tierra con enlaces a artículos:

  • Para proteger una estructura del impacto de un rayo, dirija el rayo a través del sistema de tierra y dentro de la barra de tierra en lugar de pasar a través de la estructura.
  • Como parte de las líneas de señal y energía de retorno a tierra de un solo cable, como las que se utilizaron para la entrega de energía de baja potencia y para las líneas telegráficas.
  • En radio, como plano de tierra para grandes antenas monopolares.
  • Como balance de voltaje auxiliar para otros tipos de antenas de radio, como dipolos.
  • Como punto de alimentación de una antena dipolo de tierra para radio VLF y ELF.

Objetivos de la puesta a tierra eléctrica.

Puesta a tierra protectora

En el Reino Unido, “puesta a tierra” es la conexión de las partes conductoras expuestas de la instalación mediante conductores de protección al “terminal principal de puesta a tierra”, que está conectado a un electrodo en contacto con la superficie de la tierra. UNA conductor de protección (PE) (conocido como conductor de puesta a tierra del equipo en el Código Eléctrico Nacional de EE. UU.) evita el peligro de descarga eléctrica al mantener la superficie conductora expuesta de los dispositivos conectados cerca del potencial de tierra en condiciones de falla. En caso de falla, el sistema de puesta a tierra permite que fluya una corriente a tierra. Si esto es excesivo, la protección contra sobrecorriente de un fusible o disyuntor funcionará, protegiendo así el circuito y eliminando cualquier voltaje inducido por fallas de las superficies conductoras expuestas. Esta desconexión es un principio fundamental de la práctica moderna de cableado y se conoce como la "Desconexión automática del suministro" (ADS). Los valores máximos permitidos de impedancia de bucle de falla a tierra y las características de los dispositivos de protección contra sobrecorriente se especifican estrictamente en las normas de seguridad eléctrica para garantizar que esto suceda rápidamente y que mientras fluye la sobrecorriente no se produzcan voltajes peligrosos en las superficies conductoras. Por lo tanto, la protección consiste en limitar la elevación de voltaje y su duración.

La alternativa es defensa en profundidad - como aislamiento reforzado o doble - donde deben ocurrir múltiples fallas independientes para exponer una condición peligrosa.

Toma de tierra funcional

A tierra funcional la conexión sirve para un propósito diferente a la seguridad eléctrica y puede transportar corriente como parte de la operación normal. El ejemplo más importante de una tierra funcional es el neutro en un sistema de suministro eléctrico cuando es un conductor que transporta corriente conectado al electrodo de tierra en la fuente de energía eléctrica. Otros ejemplos de dispositivos que utilizan conexiones a tierra funcionales incluyen supresores de sobretensión y filtros de interferencia electromagnética.

Sistemas de baja tensión

En las redes de distribución de baja tensión, que distribuyen la energía eléctrica a la clase más amplia de usuarios finales, la principal preocupación para el diseño de los sistemas de puesta a tierra es la seguridad de los consumidores que utilizan los aparatos eléctricos y su protección contra descargas eléctricas. El sistema de puesta a tierra, en combinación con dispositivos de protección como fusibles y dispositivos de corriente residual, debe garantizar en última instancia que una persona no debe entrar en contacto con un objeto metálico cuyo potencial en relación con el potencial de la persona exceda un umbral "seguro", normalmente establecido en aproximadamente 50 V.

En las redes eléctricas con una tensión del sistema de 240 V a 1.1 kV, que se utilizan principalmente en equipos / máquinas industriales / mineras en lugar de redes de acceso público, el diseño del sistema de puesta a tierra es tan importante desde el punto de vista de la seguridad como para los usuarios domésticos.

En la mayoría de los países desarrollados, se introdujeron enchufes de 220 V, 230 V o 240 V con contactos a tierra justo antes o poco después de la Segunda Guerra Mundial, aunque con una considerable variación nacional en popularidad. En los Estados Unidos y Canadá, los tomacorrientes de 120 V instalados antes de mediados de la década de 1960 generalmente no incluían un pin de tierra. En el mundo en desarrollo, la práctica de cableado local puede no proporcionar una conexión a una clavija de conexión a tierra de un tomacorriente.

En ausencia de una tierra de suministro, los dispositivos que necesitan una conexión a tierra a menudo utilizan el neutro de suministro. Algunos usaron varillas de tierra dedicadas. Muchos aparatos de 110 V tienen enchufes polarizados para mantener una distinción entre "línea" y "neutro", pero usar el suministro neutro para la conexión a tierra del equipo puede ser muy problemático. La “línea” y el “neutro” pueden invertirse accidentalmente en el tomacorriente o enchufe, o la conexión de neutro a tierra puede fallar o estar mal instalada. Incluso las corrientes de carga normales en el neutro pueden generar caídas de tensión peligrosas. Por estas razones, la mayoría de los países ahora han exigido conexiones a tierra de protección dedicadas que ahora son casi universales.

Si la ruta de falla entre objetos energizados accidentalmente y la conexión de suministro tiene baja impedancia, la corriente de falla será tan grande que el dispositivo de protección contra sobrecorriente de circuito (fusible o disyuntor) se abrirá para eliminar la falla a tierra. Cuando el sistema de puesta a tierra no proporciona un conductor metálico de baja impedancia entre los gabinetes del equipo y el retorno de suministro (como en un sistema de puesta a tierra TT por separado), las corrientes de falla son más pequeñas y no necesariamente operarán el dispositivo de protección contra sobrecorriente. En tal caso, se instala un detector de corriente residual para detectar la fuga de corriente a tierra e interrumpir el circuito.

Terminología IEC

La norma internacional IEC 60364 distingue tres familias de disposiciones de puesta a tierra, utilizando los códigos de dos letras. TN, TTy IT.

La primera letra indica la conexión entre la tierra y el equipo de suministro de energía (generador o transformador):

"T" - Conexión directa de un punto con tierra (latín: terra)
"I" - Ningún punto está conectado a tierra (aislamiento), excepto quizás a través de una alta impedancia.

La segunda letra indica la conexión entre tierra o red y el dispositivo eléctrico que se suministra:

"T" - La conexión a tierra es por una conexión local directa a tierra (latín: terra), generalmente a través de una barra de tierra.
"N" - La conexión a tierra es suministrada por el suministro de electricidad. Ntrabajo en red, ya sea como un conductor de tierra de protección (PE) separado o combinado con el conductor neutro.

Tipos de redes TN

En un TN sistema de puesta a tierra, uno de los puntos en el generador o transformador está conectado a tierra, generalmente el punto de estrella en un sistema trifásico. El cuerpo del dispositivo eléctrico está conectado a tierra a través de esta conexión a tierra en el transformador. Esta disposición es un estándar actual para sistemas eléctricos residenciales e industriales, particularmente en Europa.

El conductor que conecta las partes metálicas expuestas de la instalación eléctrica del consumidor se denomina tierra de protección. El conductor que se conecta al punto de estrella en un sistema trifásico, o que transporta la corriente de retorno en un sistema monofásico, se llama neutral (N) Se distinguen tres variantes de sistemas TN:

TN − S
PE y N son conductores separados que se conectan entre sí solo cerca de la fuente de alimentación.
TN − C
Un conductor PEN combinado cumple las funciones de un conductor PE y un conductor N. (en sistemas de 230 / 400v normalmente solo se utilizan para redes de distribución)
TN − C − S
Parte del sistema utiliza un conductor PEN combinado, que en algún momento se divide en líneas PE y N separadas. El conductor PEN combinado generalmente ocurre entre la subestación y el punto de entrada al edificio, y la tierra y el neutro están separados en la cabeza de servicio. En el Reino Unido, este sistema también se conoce como puesta a tierra múltiple protectora (PME), debido a la práctica de conectar el conductor combinado de neutro y tierra a tierra real en muchos lugares, para reducir el riesgo de descarga eléctrica en caso de que se rompa un conductor PEN. Sistemas similares en Australia y Nueva Zelanda se designan como neutro a tierra múltiple (HOMBRES) y, en Norteamérica, como neutro con conexión a tierra múltiple (MGN).
TN-S: separe los conductores de tierra de protección (PE) y neutro (N) del transformador al dispositivo de consumo, que no están conectados entre sí en ningún punto después del punto de distribución del edificio.
TN-C: conductor combinado de PE y N desde el transformador hasta el dispositivo de consumo.
Sistema de puesta a tierra TN-CS: conductor PEN combinado desde el transformador hasta el punto de distribución del edificio, pero conductores PE y N separados en cableado interior fijo y cables de alimentación flexibles.

 

Es posible tener alimentaciones TN-S y TN-CS tomadas del mismo transformador. Por ejemplo, las cubiertas de algunos cables subterráneos se corroen y dejan de proporcionar buenas conexiones a tierra, por lo que las casas donde se encuentran “tierras malas” de alta resistencia pueden convertirse a TN-CS. Esto solo es posible en una red cuando el neutro es lo suficientemente robusto contra fallas y la conversión no siempre es posible. El PEN debe tener un refuerzo adecuado contra fallas, ya que un PEN de circuito abierto puede imprimir voltaje de fase completa en cualquier metal expuesto conectado a la tierra del sistema aguas abajo de la ruptura. La alternativa es proporcionar una tierra local y convertirla a TT. El principal atractivo de una red TN es la ruta a tierra de baja impedancia que permite una fácil desconexión automática (ADS) en un circuito de alta corriente en el caso de un cortocircuito de línea a PE, ya que el mismo interruptor o fusible funcionará para LN o L -Faltas de PE, y no se necesita un RCD para detectar fallas a tierra.

Red TT

En un TT (Terra-Terra) sistema de puesta a tierra, la conexión a tierra de protección para el consumidor es proporcionada por un electrodo de tierra local, (a veces denominado conexión Terra-Firma) y hay otro instalado de forma independiente en el generador. No hay un "cable de tierra" entre los dos. La impedancia del bucle de falla es mayor y, a menos que la impedancia del electrodo sea muy baja, una instalación TT siempre debe tener un RCD (GFCI) como primer aislador.

La gran ventaja del sistema de puesta a tierra TT es la reducción de las interferencias conducidas de los equipos conectados de otros usuarios. TT siempre ha sido preferible para aplicaciones especiales como sitios de telecomunicaciones que se benefician de la puesta a tierra sin interferencias. Además, las redes TT no plantean ningún riesgo grave en el caso de un neutro roto. Además, en lugares donde la energía se distribuye por encima de la cabeza, los conductores de tierra no corren el riesgo de ponerse en tensión si algún conductor de distribución aérea se fracturara, por ejemplo, por un árbol o rama caídos.

En la era anterior a RCD, el sistema de puesta a tierra TT no era atractivo para el uso general debido a la dificultad de organizar una desconexión automática confiable (ADS) en el caso de un cortocircuito de línea a PE (en comparación con los sistemas TN, donde el mismo interruptor o el fusible funcionará para fallas LN o L-PE). Pero a medida que los dispositivos de corriente residual mitigan esta desventaja, el sistema de puesta a tierra TT se ha vuelto mucho más atractivo siempre que todos los circuitos de alimentación de CA estén protegidos por RCD. En algunos países (como el Reino Unido) se recomienda para situaciones en las que no es práctico mantener una zona equipotencial de baja impedancia mediante la unión, donde hay un cableado externo significativo, como suministros a casas móviles y algunos entornos agrícolas, o donde una corriente de falla alta podría presentar otros peligros, como en depósitos de combustible o marinas.

El sistema de puesta a tierra TT se utiliza en todo Japón, con unidades RCD en la mayoría de los entornos industriales. Esto puede imponer requisitos adicionales en unidades de frecuencia variable y fuentes de alimentación de modo conmutado que a menudo tienen filtros sustanciales que pasan ruido de alta frecuencia al conductor de tierra.

Red de TI

En una IT red, el sistema de distribución eléctrica no tiene conexión a tierra, o solo tiene una conexión de alta impedancia.

Comparación

TT IT TN-S TN-C TN-CS
Impedancia de bucle de falla a tierra Alta La más alta Baja Baja Baja
RCD preferido? N/A Opcional No Opcional
¿Necesita un electrodo de tierra en el sitio? No No Opcional
Costo conductor PE Baja Baja La más alta Mínimo Alta
Riesgo de neutralidad rota No No Alta La más alta Alta
Seguridad Segura Menos seguro Más seguro Menos seguro Segura
Interferencia electromagnetica Mínimo Mínimo Baja Alta Baja
Riesgos de seguridad Alta impedancia de bucle (voltajes escalonados) Doble falla, sobretensión Neutral roto Neutral roto Neutral roto
Ventajas Seguro y confiable Continuidad de operación, costo Más seguro Costo Seguridad y costo

Otras terminologías

Si bien las normativas nacionales de cableado para edificios de muchos países siguen la terminología IEC 60364, en América del Norte (Estados Unidos y Canadá), el término "conductor de conexión a tierra del equipo" se refiere a la conexión a tierra del equipo y los cables de conexión a tierra en circuitos derivados y al "conductor de electrodo de conexión a tierra". se utiliza para conductores que unen una varilla de puesta a tierra (o similar) a un panel de servicio. "Conductor puesto a tierra" es el sistema "neutro". Los estándares de Australia y Nueva Zelanda utilizan un sistema de puesta a tierra PME modificado llamado Multiple Earthed Neutral (MEN). El neutro está conectado a tierra (a tierra) en cada punto de servicio al consumidor, lo que lleva efectivamente a cero la diferencia de potencial neutro a lo largo de toda la longitud de las líneas de BT. En el Reino Unido y algunos países de la Commonwealth, el término "PNE", que significa Fase-Neutro-Tierra, se usa para indicar que se usan tres (o más para conexiones no monofásicas) conductores, es decir, PN-S.

Neutro con resistencia a tierra (India)

Similar al sistema HT, el sistema de tierra de resistencia también se introduce para la minería en India según las Regulaciones de la Autoridad Central de Electricidad para el sistema LT (1100 V> LT> 230 V). En lugar de la conexión a tierra sólida del punto neutro en estrella, se agrega una resistencia de conexión a tierra (NGR) adecuada en el medio, lo que restringe la corriente de fuga a tierra hasta 750 mA. Debido a la restricción de corriente de falla, es más seguro para minas gaseosas.

Como la fuga a tierra está restringida, la protección contra fugas tiene el límite más alto para la entrada de 750 mA únicamente. En un sistema con conexión a tierra sólida, la corriente de fuga puede llegar a la corriente de cortocircuito, aquí está restringida a un máximo de 750 mA. Esta corriente de operación restringida reduce la eficiencia operativa general de la protección del relé de fugas. Ha aumentado la importancia de la protección más eficiente y confiable para la seguridad, contra descargas eléctricas en las minas.

En este sistema hay posibilidades de que la resistencia conectada se abra. Para evitar esta protección adicional, se monitorea la resistencia, que desconecta la energía en caso de falla.

Protección de fuga a tierra

Tierra La fuga de corriente puede ser muy dañina para los seres humanos, si pasa a través de ellos. Para evitar descargas accidentales por aparatos / equipos eléctricos, se utilizan relés / sensores de fugas a tierra en la fuente para aislar la energía cuando la fuga excede cierto límite. Se utilizan disyuntores de fuga a tierra para este propósito. Los disyuntores de detección de corriente se denominan RCB / RCCB. En las aplicaciones industriales, los relés de fuga a tierra se utilizan con CT (transformador de corriente) separado llamado CBCT (transformador de corriente equilibrado de núcleo) que detectan la corriente de fuga (corriente de secuencia de fase cero) del sistema a través del secundario del CBCT y esto opera el relé. Esta protección funciona en el rango de miliamperios y se puede configurar de 30 mA a 3000 mA.

Comprobación de conectividad a tierra

Se ejecuta un núcleo piloto p separado desde el sistema de distribución / suministro de equipos además del núcleo de tierra. El dispositivo de verificación de conectividad a tierra se fija en el extremo de abastecimiento que monitorea continuamente la conectividad a tierra. El núcleo piloto p se inicia desde este dispositivo de verificación y pasa a través del cable de conexión que generalmente suministra energía a la maquinaria minera en movimiento (LHD). Este núcleo p está conectado a tierra en el extremo de distribución a través de un circuito de diodos, que completa el circuito eléctrico iniciado desde el dispositivo de verificación. Cuando la conectividad a tierra del vehículo se interrumpe, este circuito de núcleo piloto se desconecta, el dispositivo de protección fijado en el extremo de abastecimiento se activa y aísla la energía de la máquina. Este tipo de circuito es imprescindible para equipos eléctricos pesados ​​portátiles que se utilizan en minas subterráneas.

Propiedades

Costo

  • Las redes TN ahorran el costo de una conexión a tierra de baja impedancia en el sitio de cada consumidor. Tal conexión (una estructura metálica enterrada) es necesaria para proporcionar tierra de protección en sistemas IT y TT.
  • Las redes TN-C ahorran el costo de un conductor adicional necesario para conexiones separadas de N y PE. Sin embargo, para mitigar el riesgo de neutros rotos, se necesitan tipos de cable especiales y muchas conexiones a tierra.
  • Las redes TT requieren protección adecuada de RCD (interruptor de falla a tierra).

Seguridad

  • En TN, es muy probable que una falla de aislamiento provoque una alta corriente de cortocircuito que dispare un disyuntor o fusible de sobrecorriente y desconecte los conductores L. Con los sistemas TT, la impedancia del circuito de falla a tierra puede ser demasiado alta para hacerlo o demasiado alta para hacerlo dentro del tiempo requerido, por lo que generalmente se emplea un RCD (anteriormente ELCB). Las instalaciones TT anteriores pueden carecer de esta importante característica de seguridad, lo que permite que el CPC (Conductor protector de circuito o PE) y quizás las partes metálicas asociadas al alcance de las personas (partes conductoras expuestas y partes conductoras extrañas) se energicen durante períodos prolongados bajo falla. condiciones, lo cual es un peligro real.
  • En los sistemas TN-S y TT (y en TN-CS más allá del punto de división), se puede usar un dispositivo de corriente residual para protección adicional. En ausencia de cualquier falla de aislamiento en el dispositivo del consumidor, la ecuación IL1+IL2+IL3+IN = 0 se mantiene, y un RCD puede desconectar el suministro tan pronto como esta suma alcance un umbral (típicamente 10 mA - 500 mA). Una falla de aislamiento entre L o N y PE activará un RCD con alta probabilidad.
  • En las redes de TI y TN-C, los dispositivos de corriente residual son mucho menos propensos a detectar una falla de aislamiento. En un sistema TN-C, también serían muy vulnerables a disparos no deseados por el contacto entre conductores de tierra de circuitos en diferentes RCD o con tierra real, lo que hace que su uso sea impracticable. Además, los RCD suelen aislar el núcleo neutro. Como no es seguro hacer esto en un sistema TN-C, los RCD en TN-C deben conectarse para interrumpir solo el conductor de línea.
  • En sistemas monofásicos de un solo extremo donde se combinan la Tierra y el neutro (TN-C, y la parte de los sistemas TN-CS que usa un núcleo combinado de neutro y tierra), si hay un problema de contacto en el conductor PEN, entonces Todas las partes del sistema de puesta a tierra más allá de la rotura se elevarán al potencial del conductor L. En un sistema multifásico desequilibrado, el potencial del sistema de puesta a tierra se moverá hacia el del conductor de línea más cargado. Tal aumento en el potencial del neutral más allá del descanso se conoce como un inversión neutral. Por lo tanto, las conexiones TN-C no deben atravesar conexiones de enchufe / enchufe o cables flexibles, donde hay una mayor probabilidad de problemas de contacto que con cableado fijo. También existe un riesgo si se daña un cable, que puede mitigarse mediante el uso de una construcción de cable concéntrica y múltiples electrodos de tierra. Debido a los (pequeños) riesgos de pérdida del neutro que elevan el trabajo de metal 'puesto a tierra' a un potencial peligroso, junto con el mayor riesgo de choque por la proximidad a un buen contacto con tierra verdadera, el uso de suministros de TN-CS está prohibido en el Reino Unido para sitios de caravanas y suministro de tierra para barcos, y se desaconseja su uso en granjas y sitios de construcción al aire libre, y en tales casos se recomienda hacer todo el cableado exterior TT con RCD y un electrodo de tierra separado.
  • En los sistemas de TI, es poco probable que una sola falla de aislamiento provoque corrientes peligrosas que fluyan a través de un cuerpo humano en contacto con la tierra, porque no existe un circuito de baja impedancia para que fluya dicha corriente. Sin embargo, una primera falla de aislamiento puede convertir efectivamente un sistema de TI en un sistema TN, y luego una segunda falla de aislamiento puede conducir a corrientes corporales peligrosas. Peor aún, en un sistema multifásico, si uno de los conductores de línea entrara en contacto con tierra, causaría que los otros núcleos de fase se elevaran al voltaje de fase-fase en relación con la tierra en lugar del voltaje de fase neutral. Los sistemas de TI también experimentan sobretensiones transitorias más grandes que otros sistemas.
  • En los sistemas TN-C y TN-CS, cualquier conexión entre el núcleo de tierra y neutro combinado y el cuerpo de la tierra podría terminar transportando una corriente significativa en condiciones normales, y podría transportar aún más en una situación neutral rota. Por lo tanto, los principales conductores de unión equipotencial deben dimensionarse teniendo esto en cuenta; El uso de TN-CS no es aconsejable en situaciones como estaciones de servicio, donde hay una combinación de gran cantidad de metalistería enterrada y gases explosivos.

Compatibilidad electromagnética

  • En los sistemas TN-S y TT, el consumidor tiene una conexión a tierra de bajo ruido, que no sufre el voltaje que aparece en el conductor N como resultado de las corrientes de retorno y la impedancia de ese conductor. Esto es de particular importancia con algunos tipos de equipos de telecomunicaciones y medición.
  • En los sistemas TT, cada consumidor tiene su propia conexión a tierra y no notará ninguna corriente que pueda ser causada por otros consumidores en una línea de PE compartida.

Regulación

  • En el Código Eléctrico Nacional de los Estados Unidos y el Código Eléctrico Canadiense, la alimentación del transformador de distribución usa un conductor combinado de neutro y tierra, pero dentro de la estructura se usan conductores neutros y de tierra de protección separados (TN-CS). El neutro debe estar conectado a tierra solo en el lado de suministro del interruptor de desconexión del cliente.
  • En Argentina, Francia (TT) y Australia (TN-CS), los clientes deben proporcionar sus propias conexiones a tierra.
  • Japón se rige por la ley PSE y utiliza la puesta a tierra TT en la mayoría de las instalaciones.
  • En Australia, se utiliza el sistema de puesta a tierra de neutro con conexión a tierra múltiple (MEN) y se describe en la Sección 5 de AS 3000. Para un cliente de BT, es un sistema TN-C desde el transformador en la calle hasta las instalaciones (el neutro es conectado a tierra varias veces a lo largo de este segmento), y un sistema TN-S dentro de la instalación, desde la Centralita Principal hacia abajo. Visto en su conjunto, es un sistema TN-CS.
  • En Dinamarca, la regulación de alto voltaje (Stærkstrømsbekendtgørelsen) y Malasia, la Ordenanza sobre electricidad de 1994, establece que todos los consumidores deben usar la conexión a tierra TT, aunque en casos excepcionales puede permitirse TN-CS (usado de la misma manera que en los Estados Unidos). Las reglas son diferentes cuando se trata de empresas más grandes.
  • En la India, de acuerdo con las Regulaciones de la Autoridad Central de Electricidad, CEAR, 2010, regla 41, se proporciona conexión a tierra, cable neutro de un sistema trifásico de 3 cables y el tercer cable adicional de un sistema bifásico de 4 cables. La puesta a tierra debe realizarse con dos conexiones independientes. El sistema de conexión a tierra también debe tener un mínimo de dos o más pozos de tierra (electrodo) de modo que se lleve a cabo una conexión a tierra adecuada. De acuerdo con la regla 2, la instalación con carga superior a 3 kW superior a 42 V deberá contar con un dispositivo de protección de fuga a tierra adecuado para aislar la carga en caso de falla a tierra o fuga.

Ejemplos de aplicación

  • En las áreas del Reino Unido donde prevalece el cableado eléctrico subterráneo, el sistema TN-S es común.
  • En la India, el suministro de LT es generalmente a través del sistema TN-S. El neutro tiene doble conexión a tierra en el transformador de distribución. El neutro y la tierra corren por separado en la línea aérea de distribución / cables. Se utilizan conductores separados para líneas aéreas y blindaje de cables para la conexión a tierra. Se instalan electrodos / fosas de tierra adicionales en los extremos del usuario para fortalecer la tierra.
  • La mayoría de las casas modernas en Europa tienen un sistema de puesta a tierra TN-CS. La combinación de neutro y tierra se produce entre la subestación transformadora más cercana y el corte del servicio (el fusible antes del medidor). Después de esto, se utilizan núcleos neutros y de tierra separados en todo el cableado interno.
  • Los hogares urbanos y suburbanos más antiguos en el Reino Unido tienden a tener suministros TN-S, con la conexión a tierra entregada a través de la cubierta de plomo del cable subterráneo de plomo y papel.
  • Las casas más antiguas en Noruega usan el sistema de TI, mientras que las casas más nuevas usan TN-CS.
  • Algunas casas más antiguas, especialmente las construidas antes de la invención de los interruptores de circuito de corriente residual y las redes de área doméstica cableadas, usan un arreglo interno TN-C. Esto ya no es una práctica recomendada.
  • Las salas de laboratorio, las instalaciones médicas, los sitios de construcción, los talleres de reparación, las instalaciones eléctricas móviles y otros entornos que se suministran a través de generadores de motores donde existe un mayor riesgo de fallas de aislamiento, a menudo utilizan una disposición de puesta a tierra de TI suministrada por transformadores de aislamiento. Para mitigar los problemas de dos fallas con los sistemas de TI, los transformadores de aislamiento deben suministrar solo un pequeño número de cargas cada uno y deben protegerse con un dispositivo de monitoreo de aislamiento (generalmente usado solo por sistemas de TI médicos, ferroviarios o militares, debido al costo).
  • En áreas remotas, donde el costo de un conductor PE adicional supera el costo de una conexión a tierra local, las redes TT se usan comúnmente en algunos países, especialmente en propiedades más antiguas o en áreas rurales, donde la seguridad podría verse amenazada por la fractura de un conductor de PE por encima de, digamos, una rama de árbol caído. Los suministros de TT a propiedades individuales también se ven en la mayoría de los sistemas TN-CS donde una propiedad individual se considera inadecuada para el suministro de TN-CS.
  • En Australia, Nueva Zelanda e Israel se utiliza el sistema TN-CS; sin embargo, las reglas de cableado actualmente establecen que, además, cada cliente debe proporcionar una conexión a tierra separada a través de una conexión de tubería de agua (si las tuberías de agua metálicas ingresan a las instalaciones del consumidor) y un electrodo de tierra dedicado. En Australia y Nueva Zelanda, esto se denomina Enlace neutro con conexión a tierra múltiple o Enlace MEN. Este MEN Link es extraíble para realizar pruebas de instalación, pero se conecta durante el uso mediante un sistema de bloqueo (tuercas de seguridad, por ejemplo) o dos o más tornillos. En el sistema MEN, la integridad del Neutral es primordial. En Australia, las nuevas instalaciones también deben unir el refuerzo de hormigón de cimentación debajo de áreas húmedas al conductor de tierra (AS3000), lo que generalmente aumenta el tamaño de la conexión a tierra y proporciona un plano equipotencial en áreas como baños. En instalaciones más antiguas, no es raro encontrar solo la unión de la tubería de agua, y se permite que permanezca como tal, pero el electrodo de tierra adicional debe instalarse si se realiza algún trabajo de actualización. Los conductores neutros y de tierra de protección se combinan hasta el enlace neutro del consumidor (ubicado en el lado del cliente de la conexión neutral del medidor de electricidad); más allá de este punto, los conductores neutros y de tierra de protección están separados.

Sistemas de alto voltaje

En las redes de alta tensión (por encima de 1 kV), que son mucho menos accesibles para el público en general, el diseño del sistema de puesta a tierra se centra menos en la seguridad y más en la confiabilidad del suministro, la confiabilidad de la protección y el impacto en el equipo en presencia de un cortocircuito. Solo la magnitud de los cortocircuitos de fase a tierra, que son los más comunes, se ve significativamente afectada con la elección del sistema de puesta a tierra, ya que la ruta de la corriente está mayormente cerrada a través de la tierra. Los transformadores de potencia trifásicos de AT / MT, ubicados en subestaciones de distribución, son la fuente de suministro más común para las redes de distribución, y el tipo de puesta a tierra de su neutro determina el sistema de puesta a tierra.

Hay cinco tipos de tierra neutral:

  • Neutro de tierra sólida
  • Desenterrado neutral
  • Neutro conectado a tierra por resistencia
    • Tierra de baja resistencia
    • Toma de tierra de alta resistencia
  • Neutro conectado a tierra por reactancia
  • Usar transformadores de tierra (como el transformador Zigzag)

Neutro de tierra sólida

In sólido or directamente neutro puesto a tierra, el punto estrella del transformador está conectado directamente a tierra. En esta solución, se proporciona una ruta de baja impedancia para que se cierre la corriente de falla a tierra y, como resultado, sus magnitudes son comparables con las corrientes de falla trifásicas. Dado que el neutro permanece en el potencial cercano a tierra, los voltajes en las fases no afectadas permanecen en niveles similares a los anteriores a la falla; por ello, este sistema se utiliza habitualmente en redes de transmisión de alta tensión, donde los costes de aislamiento son elevados.

Neutro conectado a tierra por resistencia

Para limitar la falla a tierra por cortocircuito, se agrega una resistencia adicional a tierra del neutro (NGR) entre el neutro, el punto de estrella del transformador y la tierra.

Tierra de baja resistencia

Con falla de baja resistencia, el límite de corriente es relativamente alto. En India está restringido a 50 A para minas a cielo abierto según las Regulaciones de la Autoridad Central de Electricidad, CEAR, 2010, regla 100.

Desenterrado neutral

In desenterrado, aislado or neutral flotante sistema, como en el sistema de TI, no hay conexión directa del punto estrella (o cualquier otro punto en la red) y el suelo. Como resultado, las corrientes de falla a tierra no tienen camino para cerrarse y, por lo tanto, tienen magnitudes insignificantes. Sin embargo, en la práctica, la corriente de falla no será igual a cero: los conductores en el circuito, particularmente los cables subterráneos, tienen una capacitancia inherente hacia la tierra, lo que proporciona una ruta de impedancia relativamente alta.

Los sistemas con neutro aislado pueden continuar funcionando y proporcionar un suministro ininterrumpido incluso en presencia de una falla a tierra.

La presencia de una falla a tierra ininterrumpida puede representar un riesgo significativo para la seguridad: si la corriente excede de 4 A - 5 A, se desarrolla un arco eléctrico, que puede mantenerse incluso después de que se haya eliminado la falla. Por esa razón, se limitan principalmente a redes subterráneas y submarinas, y aplicaciones industriales, donde la necesidad de confiabilidad es alta y la probabilidad de contacto humano relativamente baja. En las redes de distribución urbana con múltiples alimentadores subterráneos, la corriente capacitiva puede alcanzar varias decenas de amperios, lo que representa un riesgo significativo para el equipo.

El beneficio de la baja corriente de falla y la operación continua del sistema a partir de entonces se compensa con el inconveniente inherente de que la ubicación de la falla es difícil de detectar.

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