Sistema de puesta a tierra - Earthing system

Un sistema de puesta a tierra (Reino Unido e IEC) o un sistema de puesta a tierra (EE. UU.) Conecta partes específicas de un sistema de energía eléctrica con el suelo , normalmente la superficie conductora de la Tierra, por motivos de seguridad y funcionamiento. 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, aunque la mayoría sigue las recomendaciones de la Comisión Electrotécnica Internacional . Las regulaciones pueden identificar casos especiales de puesta a tierra en minas, en áreas de atención a pacientes o en áreas peligrosas de plantas industriales.

Además de los sistemas de energía eléctrica, otros sistemas pueden requerir conexión a tierra por razones de seguridad o funcionamiento. Las estructuras altas pueden tener pararrayos como parte de un sistema para protegerlas de los rayos. Las líneas telegráficas pueden usar la Tierra como un conductor de un circuito, ahorrando el costo de instalación de un cable de retorno en un circuito largo. Las antenas de radio pueden requerir una conexión a tierra especial para su funcionamiento, así como para controlar la electricidad estática y proporcionar protección contra rayos.

Objetivos de la puesta a tierra eléctrica

Puesta a tierra del sistema

Un componente principal de los sistemas de puesta a tierra es la disipación estática (puesta a tierra del sistema), ya sea inducida por un rayo o por fricción (como el viento que sopla contra el mástil de una antena). La conexión a tierra del sistema es necesaria para su uso en sistemas como sistemas de distribución de servicios públicos, sistemas de telecomunicaciones y en edificios comerciales / residenciales donde cualquier sistema metálico importante debe estar unido y referenciado a la tierra en un punto. La conexión a tierra del sistema funciona enviando cualquier descarga estática acumulada al suelo a través de un conductor de electrodo de conexión a tierra pesado y luego a un electrodo de conexión a tierra.

Puesta a tierra del equipo

La conexión a tierra del equipo es una conexión de enlace de baja impedancia entre las barras colectoras neutras y de tierra en el panel de servicio principal (y en ningún otro lugar). Desempeña un papel de protección contra corrientes de defecto. Las corrientes de falla se deben principalmente a la falla del aislamiento de un conductor y al contacto posterior con una superficie conductora. Este tipo de conexión a tierra no es una conexión a tierra, técnicamente hablando. Cuando ocurre una falla y se hace contacto con una superficie conectada a tierra, una gran cantidad de corriente se precipita hacia la barra de conexión a tierra, a través de la conexión de conexión a tierra neutra y de regreso a la fuente de corriente. Los dispositivos de protección contra sobrecorriente detectan esto como una condición de cortocircuito y abren el circuito, despejando la falla de manera segura. Los estándares de conexión a tierra de los equipos de EE. UU. Están establecidos por el Código Eléctrico Nacional.

Puesta a tierra funcional

Una conexión a tierra funcional tiene un propósito diferente a la seguridad eléctrica y puede transportar corriente como parte del funcionamiento normal. Por ejemplo, en un sistema de distribución de energía de retorno a tierra de un solo cable , la tierra forma un conductor del circuito y transporta toda la corriente de carga. 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 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 entre en contacto con un objeto metálico cuyo potencial en relación con el potencial de la persona exceda un umbral seguro , generalmente establecido en aproximadamente 50 V .

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 variaciones nacionales considerables. Sin embargo, en los Estados Unidos y Canadá, donde el voltaje de suministro es de solo 120 V, los tomacorrientes 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 proporcionar o no una conexión a tierra.

En las redes eléctricas de baja tensión con una tensión de fase a neutro superior a 240 V a 690 V, que se utilizan principalmente en la industria, equipos y máquinas de minería en lugar de redes de acceso público, el diseño del sistema de puesta a tierra es igualmente importante desde el punto de vista de la seguridad que para el hogar. usuarios.

De 1947 a 1996 para estufas (incluidas estufas y hornos separados) y de 1953 a 1996 para secadoras de ropa, el Código Eléctrico Nacional de EE. UU. Permitió que el cable neutro de suministro se usara como conexión a tierra del gabinete del equipo si el circuito se originó en el panel de servicio principal. Esto estaba permitido para equipos enchufables y equipos conectados permanentemente. Los desequilibrios normales en el circuito crearían equipos pequeños a voltajes de tierra, una falla en el conductor neutro o en las conexiones permitiría que el equipo llegara a 120 voltios completos a tierra, una situación fácilmente letal. Las ediciones de 1996 y posteriores del NEC ya no permiten esta práctica. Por razones similares, la mayoría de los países ahora han exigido conexiones a tierra de protección dedicadas en el cableado del consumidor que ahora son casi universales. En las redes de distribución, donde las conexiones son menores y menos vulnerables, muchos países permiten que la tierra y el neutro compartan un conductor.

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 del circuito (fusible o disyuntor) se abrirá para despejar la falla a tierra. Cuando el sistema de conexión a tierra no proporciona un conductor metálico de baja impedancia entre los gabinetes del equipo y el retorno de la fuente (como en un sistema TT conectado a tierra 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 dispositivo 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 , TT e IT .

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

"T" - Conexión directa de un punto a tierra (francés: terre)

"I" : ningún punto está conectado a tierra (francés: isolé), excepto quizás a través de una impedancia alta.

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

"T" : la conexión a tierra se realiza mediante una conexión local directa a tierra (francés: terre), generalmente a través de una varilla de tierra.

"N" - la conexión a tierra es suministrada por la red de suministro eléctrico, ya sea por separado al conductor neutro (TN-S), combinado con el conductor neutro (TN-C), o ambos (TN-CS). Estos se analizan a continuación.

Tipos de redes TN

TN-S : conductores de tierra de protección (PE) y neutro (N) separados del transformador al dispositivo consumidor, que no están conectados entre sí en ningún punto posterior al punto de distribución del edificio.

TN-C : conductor combinado de PE y N desde el transformador hasta el dispositivo consumidor.

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.

En un sistema de puesta a tierra TN , uno de los puntos en el generador o transformador está conectado a tierra, generalmente el punto 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 llama tierra de protección ( PE ; ver también: Tierra ). El conductor que se conecta al punto estrella en un sistema trifásico , o que transporta la corriente de retorno en un sistema monofásico , se llama neutro ( N ). Se distinguen tres variantes de sistemas TN:

TN − S

PE y N son conductores separados que están conectados entre sí solo cerca de la fuente de alimentación.

TN − C

Un conductor PEN combinado cumple las funciones de conductor PE y N. (en sistemas de 230/400 V 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 el cabezal de servicio. En el Reino Unido, este sistema también se conoce como conexión a tierra de protección múltiple (PME) , debido a la práctica de conectar el conductor combinado de neutro y tierra a través de la ruta más corta posible a las tomas de tierra locales en la fuente y a intervalos a lo largo de las redes de distribución. a cada local, para proporcionar tanto la puesta a tierra del sistema como la puesta a tierra del equipo en cada una de estas ubicaciones. Los sistemas similares en Australia y Nueva Zelanda se designan como neutro con conexión a tierra múltiple (MEN) y, en América del Norte, como neutro con conexión a tierra múltiple (MGN) .

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 estar adecuadamente reforzado 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 de 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 disyuntor o fusible funcionará para LN o L -Faltas de PE, y no se necesita un RCD para detectar fallas a tierra.

TT red

El sistema de puesta a tierra TT (francés: terre-terre)

En un sistema de puesta a tierra TT (francés: terre-terre), la conexión a tierra de protección para el consumidor la proporciona un electrodo de tierra local (a veces denominado conexión Terra-Firma) y hay otro instalado independientemente 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 la interferencia conducida 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 riesgos graves 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 una rama caídos.

En la era anterior a los RCD , el sistema de puesta a tierra TT no era atractivo para el uso general debido a la dificultad de disponer 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 TT para situaciones en las que no es práctico mantener una zona equipotencial de baja impedancia mediante enlace, donde hay un cableado exterior significativo, como suministros para casas móviles y algunos entornos agrícolas, o donde una falla alta La corriente podría plantear otros peligros, como en depósitos de combustible o puertos deportivos.

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

Red de TI

En una red informática (isolé-terre), el sistema de distribución eléctrica no tiene ninguna conexión a tierra o solo tiene una conexión de alta impedancia .

Comparación

Otras terminologias

Si bien las regulaciones 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 los circuitos derivados y al "conductor del electrodo de conexión a tierra". se utiliza para conductores que unen una varilla de tierra / tierra, electrodo o similar a un panel de servicio. El electrodo de tierra / tierra "local" proporciona una "conexión a tierra del sistema" en cada edificio donde está instalado.

El conductor de corriente "conectado a tierra" es el sistema "neutro". Los estándares de Australia y Nueva Zelanda utilizan un sistema de protección de tierra múltiple modificado (PME) llamado neutro de tierra múltiple (MEN). El neutro está conectado a tierra (a tierra) en cada punto de servicio al consumidor, lo que lleva efectivamente la diferencia de potencial neutro hacia cero a lo largo de toda la longitud de las líneas de BT . En América del Norte, se utiliza el término "sistema neutro multirredondeado" (MGN).

En el Reino Unido y algunos países de la Commonwealth, el término "PNE", que significa fase-neutro-tierra, se utiliza para indicar que se utilizan tres (o más para conexiones no monofásicas) conductores, es decir, PN-S.

Neutro con conexión a tierra por resistencia (India)

Se utiliza un sistema de tierra de resistencia para la minería en la India según las Regulaciones de la Autoridad Central de Electricidad . En lugar de una conexión sólida de neutro a tierra, se usa una resistencia de tierra neutra ( NGR ) para limitar la corriente a tierra a menos de 750 mA. Debido a la restricción de corriente de falla, es más seguro para minas gaseosas. Dado que la fuga a tierra está restringida, los dispositivos de protección contra fugas se pueden configurar a menos de 750 mA. En comparación, en un sistema sólidamente conectado a tierra, la corriente de falla a tierra puede ser tanto como la corriente de cortocircuito disponible.

La resistencia de tierra neutra se monitorea para detectar una conexión a tierra interrumpida y para cortar la energía si se detecta una falla.

Protección contra fugas a tierra

Para evitar descargas accidentales, se utilizan circuitos de detección de corriente en la fuente para aislar la energía cuando la corriente de fuga excede un cierto límite. Los dispositivos de corriente residual (RCD, RCCB o GFCI) se utilizan para este propósito. Anteriormente, se utilizaba un disyuntor de fuga a tierra . En aplicaciones industriales, los relés de fuga a tierra se utilizan con transformadores de corriente equilibrados de núcleo separado. Esta protección funciona en el rango de miliamperios y se puede configurar de 30 mA a 3000 mA.

Verificación de conectividad terrestre

Un cable piloto separado se ejecuta desde el sistema de suministro de distribución / equipo además del cable de tierra, para supervisar la continuidad del cable. Se utiliza en los cables de arrastre de maquinaria minera. Si el cable de tierra está roto, el cable piloto permite que un dispositivo sensor en el extremo de la fuente interrumpa la alimentación de la máquina. Este tipo de circuito es imprescindible para equipos eléctricos pesados ​​portátiles (como LHD (Load, Haul, Dump machine) ) 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. Se requiere una conexión de este tipo (una estructura metálica enterrada) para proporcionar tierra de protección en los sistemas IT y TT.
• Las redes TN-C ahorran el costo de un conductor adicional necesario para conexiones N y PE separadas. Sin embargo, para mitigar el riesgo de rotura de neutros, se necesitan tipos de cables especiales y muchas conexiones a tierra.
• Las redes TT requieren una protección adecuada de RCD (interruptor de falla a tierra).

La seguridad

• En TN, es muy probable que una falla de aislamiento provoque una alta corriente de cortocircuito que desencadenará un disyuntor o fusible de sobrecorriente y desconectará los conductores L. Con los sistemas TT, la impedancia del bucle de falla a tierra puede ser demasiado alta para hacer esto, 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 de protección del 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, que 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 consumidor, la ecuación I _L1 + I _L2 + I _L3 + I _N = 0 se mantiene, y un RCD puede desconectar el suministro tan pronto como esta suma alcance un umbral (típicamente 10 mA - 500 mamá). Una falla de aislamiento entre L o N y PE activará un RCD con alta probabilidad.
• En las redes de TI y TN-C, es mucho menos probable que los dispositivos de corriente residual detecten una falla de aislamiento. En un sistema TN-C, también serían muy vulnerables a disparos no deseados por contacto entre conductores de tierra de circuitos en diferentes RCD o con tierra real, haciendo impracticable su uso. Además, los RCD suelen aislar el núcleo neutro. Dado que no es seguro hacer esto en un sistema TN-C, los RCD en TN-C deben cablearse solo para interrumpir 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 utiliza 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 ruptura se elevarán hasta el 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 neutro más allá de la ruptura se conoce como inversión neutral . Por lo tanto, las conexiones TN-C no deben atravesar conexiones de enchufe / enchufe o cables flexibles, donde existe una mayor probabilidad de problemas de contacto que con el 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 enfáticamente 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 haga que fluyan corrientes peligrosas a través de un cuerpo humano en contacto con 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 IT en un sistema TN, y luego una segunda falla de aislamiento puede provocar corrientes corporales peligrosas. Peor aún, en un sistema multifásico, si uno de los conductores de línea hiciera contacto con la tierra, los otros núcleos de fase se elevarían al voltaje fase-fase relativo a tierra en lugar del voltaje fase-neutro. Los sistemas de TI también experimentan sobretensiones transitorias mayores que otros sistemas.
• En los sistemas TN-C y TN-CS, cualquier conexión entre el núcleo combinado de neutro y tierra y el cuerpo de la tierra podría terminar llevando una corriente significativa en condiciones normales, y podría llevar incluso más en una situación neutral rota. Por lo tanto, los conductores de conexión equipotencial principales deben dimensionarse teniendo esto en cuenta; El uso de TN-CS no es aconsejable en situaciones como las estaciones de servicio, donde hay una combinación de metal muy enterrado 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 la tensión que aparece en el conductor N como consecuencia de las corrientes de retorno y la impedancia de ese conductor. Esto es de particular importancia con algunos tipos de equipos de medición y telecomunicaciones.
• 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 PE compartida.

Normativas

• 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 de tierra neutros y de protección separados (TN-CS). El neutro debe conectarse 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.
• Los electrodomésticos en Japón deben cumplir con la ley PSE , y el cableado del edificio utiliza 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 / NZS 3000. Para un cliente de BT, es un sistema TN-C desde el transformador en la calle hasta las instalaciones, (el el neutro está conectado a tierra varias veces a lo largo de este segmento), y un sistema TN-S dentro de la instalación, desde el Cuadro Principal hacia abajo. Considerado en su conjunto, es un sistema TN-CS.
• En Dinamarca, la regulación de alto voltaje (Stærkstrømsbekendtgørelsen) y Malasia, la Ordenanza de Electricidad de 1994 establece que todos los consumidores deben usar conexión a tierra TT, aunque en raras ocasiones se puede permitir TN-CS (se usa de la misma manera que en los Estados Unidos). Las reglas son diferentes cuando se trata de empresas más grandes.
• En 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 4 cables y el tercer cable adicional de un sistema bifásico de 3 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 (electrodos) para garantizar una mejor conexión a tierra. De acuerdo con la regla 42, la instalación con carga conectada superior a 5 kW superior a 250 V deberá tener 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 India, el suministro de LT se realiza generalmente a través del sistema TN-S. El neutro tiene doble conexión a tierra en cada transformador de distribución. Los conductores neutros y de tierra corren por separado en las líneas de distribución aéreas. Para la conexión a tierra se utilizan conductores separados para líneas aéreas y blindaje de cables. Se instalan pozos / electrodos de tierra adicionales en cada extremo del usuario para proporcionar una ruta redundante a 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 de un cable subterráneo de plomo y papel.
• Los hogares más antiguos de Noruega utilizan el sistema de TI, mientras que los hogares más nuevos utilizan TN-CS.
• Algunas casas antiguas, especialmente las construidas antes de la invención de los disyuntores de corriente residual y las redes de área doméstica cableadas, utilizan una disposición TN-C interna. Esta 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 alimentan a través de generadores de motor 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 una pequeña cantidad de cargas cada uno y deben protegerse con un dispositivo de monitoreo de aislamiento (generalmente utilizado 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 utilizan 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 elevado por, digamos, una rama de árbol caída. 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 establecen que, además, cada cliente debe proporcionar una conexión a tierra separada, a través de un electrodo de tierra dedicado. (Cualquier tubería de agua metálica que ingrese a las instalaciones del consumidor también debe estar "adherida" al punto de conexión a tierra en el tablero / panel de distribución). En Australia y Nueva Zelanda, la conexión entre la barra de tierra protectora y la barra neutra en el tablero / panel principal es llamado Enlace neutro con conexión a tierra múltiple o Enlace MEN. Este enlace MEN es extraíble para realizar pruebas de instalación, pero se conecta durante el servicio normal mediante un sistema de bloqueo (tuercas de seguridad, por ejemplo) o dos o más tornillos. En el sistema MEN, la integridad de los neutrales es primordial. En Australia, las nuevas instalaciones también deben unir el refuerzo de hormigón de cimentación debajo de áreas húmedas al conductor de tierra de protección (AS3000), generalmente aumentando el tamaño de la conexión a tierra (es decir, reduciendo la resistencia) y proporcionando 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. El conductor neutro / tierra de protección entrante se conecta a una barra neutra (ubicada en el lado del cliente de la conexión neutral del medidor de electricidad) que luego se conecta a través del enlace MEN del cliente a la barra de tierra; más allá de este punto, los conductores neutros y de tierra de protección están separados.

Sistemas de alto voltaje

Simulación de múltiples puestas a tierra en un suelo de una capa

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 en su mayoría 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 puesta a tierra neutra:

• Neutro con conexión a tierra sólida
• Neutral desenterrado
• Neutro con puesta a tierra por resistencia
  • Puesta a tierra de baja resistencia
  • Puesta a tierra de alta resistencia
• Neutro con puesta a tierra por reactancia
• Usando transformadores de puesta a tierra (como el transformador Zigzag )

Neutro con conexión a tierra sólida

En neutro sólido o directamente a tierra, el punto de 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 de antes de la falla; por ello, este sistema se utiliza habitualmente en redes de transmisión de alta tensión , donde los costes de aislamiento son elevados.

Neutro con puesta a tierra por resistencia

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

Puesta a tierra de baja resistencia

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

Puesta a tierra de alta resistencia

El sistema de puesta a tierra de alta resistencia pone a tierra el neutro a través de una resistencia que limita la corriente de falla a tierra a un valor igual o ligeramente mayor que la corriente de carga capacitiva de ese sistema.

Neutral desenterrado

En el sistema neutro desenterrado , aislado o flotante , como en el sistema IT, no hay conexión directa del punto estrella (o cualquier otro punto de la red) y tierra. Como resultado, las corrientes de falla a tierra no tienen camino que cerrar y, por lo tanto, tienen magnitudes despreciables. 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 un camino 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. Sin embargo, mientras la falla está presente, el potencial de otras dos fases en relación con la tierra alcanza el voltaje de operación normal, creando una tensión adicional para el aislamiento ; Las fallas de aislamiento pueden causar fallas a tierra adicionales en el sistema, ahora con corrientes mucho más altas. ${\ Displaystyle {\ sqrt {3}}}$

La presencia de una falla a tierra ininterrumpida puede representar un riesgo de seguridad significativo: si la corriente excede de 4 A - 5 A, se forma un arco eléctrico , que puede mantenerse incluso después de que se haya solucionado 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.

Varillas de puesta a tierra

De acuerdo con los estándares IEEE, las varillas de puesta a tierra están hechas de materiales como cobre y acero . Para elegir una varilla de puesta a tierra existen varios criterios de selección como: resistencia a la corrosión , diámetro en función de la corriente de falla , conductividad y otros. Hay varios tipos derivados del cobre y el acero: con unión de cobre, acero inoxidable, cobre sólido, acero galvanizado rectificado. En las últimas décadas, se han desarrollado varillas de puesta a tierra químicas para puesta a tierra de baja impedancia que contienen sales electrolíticas naturales. y varillas de puesta a tierra de fibra de nanocarbono.

Conectores de puesta a tierra

Conectores de puesta a tierra

Los conectores para la instalación de puesta a tierra son un medio de comunicación entre los distintos componentes de las instalaciones de puesta a tierra y de protección contra rayos (picos de puesta a tierra, conductores de puesta a tierra, conductores de corriente, barras colectoras, etc.).

Para instalaciones de alta tensión, se utiliza soldadura exotérmica para conexiones subterráneas.

Resistencia del suelo

Estrés vertical de un suelo

La resistencia del suelo es un aspecto importante en el diseño y cálculo de un sistema de puesta a tierra / instalación de puesta a tierra. Su resistencia depende de la eficiencia de la eliminación de corrientes no deseadas a potencial cero (tierra). La resistencia de un material geológico depende de varios componentes: la presencia de minerales metálicos, la temperatura de la capa geológica, la presencia de características arqueológicas o estructurales, la presencia de sales disueltas y contaminantes, porosidad y permeabilidad. Existen varios métodos básicos para medir la resistencia del suelo. La medición se realiza con dos, tres o cuatro electrodos. Los métodos de medición son: polo-polo, dipolo-dipolo, polo-dipolo, método Wenner y método Schlumberger.

Ver también

• Cableado eléctrico
• Tierra y neutral
• Resistividad del suelo

Referencias

General

• IEC 60364-1: Instalaciones eléctricas de edificios - Parte 1: Principios fundamentales, evaluación de características generales, definiciones. Comisión Electrotécnica Internacional , Ginebra.
• John Whitfield: The Electricicians Guide to the 16th Edition IEE Regulations, Sección 5.2: Sistemas de puesta a tierra , quinta edición.
• Geoff Cronshaw: Conexión a tierra: Respuestas a sus preguntas . IEE Wiring Matters, otoño de 2005.
• Centro educativo de sistemas de puesta a tierra Leonardo ENERGY de la UE: recursos de sistemas de puesta a tierra