Ingeniería de Máquinas y Sistemas Eléctricos: Comparación y elección de los diferentes regímenes de neutro en baja tensión

La elección de los esquemas de conexión a tierra de una instalación de BT., determina las medidas necesarias para aportar protección contra riesgos de contactos indirectos.

El esquema de conexión a tierra debe cumplir los criterios de tres opciones, originalmente independientes, elegidas por el proyectista de un esquema de distribución eléctrica o una instalación:

El tipo de conexión del sistema eléctrico (por lo general, del conductor neutro) y las partes accesibles que llegan a los electrodos de tierra.
Un conductor de protección independiente o un conductor de protección y un conductor neutro como un único conductor.
El uso de una protección contra defectos a tierra de la aparamenta con protección contra sobreintensidades, que elimine únicamente corrientes de defecto relativamente elevadas, o el uso de relés adicionales capaces de detectar y eliminar a tierra pequeñas corrientes de defecto de aislamiento.

Cada una de estas opciones ofrece sistemas normalizados de conexión a tierra que presentan tres ventajas e inconvenientes:

La conexión de las partes conductoras accesibles de los equipos y del conductor neutro al conductor PE da como resultado una equipotencialidad y sobretensiones más bajas, pero incrementa las corrientes de defecto a tierra.
Un conductor de protección independiente resulta costoso, aunque su sección transversal sea pequeña, pero es mucho menos probable que se vea contaminado por caídas de tensión, armónicos, etc., que un conductor neutro. También se evitan las corrientes de fuga en las partes conductoras extrañas.
Los relés de protección contra corriente diferencial o los dispositivos de supervisión del aislamiento son mucho más sensibles y su instalación permite en muchos casos eliminar los defectos antes de que se produzcan daños graves (motores, incendios, electrocución).
La protección que ofrecen también es independiente respecto de los cambios realizados en una instalación existente.

Comparativo de los diferentes regímenes de neutro:

Esquema TT:

Es la solución más simple a realizar. Se utiliza en las instalaciones alimentadas directamente de la red de distribución pública en baja tensión.
No necesita vigilancia particular, puede ser necesario un control periódico de los dispositivos diferenciales.
La protección está asegurada por dispositivos diferenciales residuales (DDR) que permiten además la prevención de los riesgos de incendio cuando su sensibilidad ≤ 500 mA.
Cada defecto de aislamiento supone un corte. Este corte puede ser limitado a sólo el circuito en defecto por la implantación de una selectividad apropiada.
Los receptores o partes de la instalación, que generan corrientes de fuga importantes, deben ser equipadas de DDR apropiados con el fin de evitar disparos intempestivos.

Esquema TN:

Se utiliza únicamente en Centros de Transformación que utilizan transformadores MT/BT o BT/BT privados.
Es necesario dar puesta a tierra regularmente al conductor de protección.
Es necesaria la verificación del funcionamiento de los dispositivos de protección contra defectos entre fases para un defecto de aislamiento.
Es necesario que toda modificación o extensión sea realizada por personal competente que domine las reglas de estas instalaciones.
Puede suponer, ante un defecto de aislamiento, un deterioro importante de los bobinados de las máquinas rotativas y materiales sensibles.
Puede presentar, en locales con riesgo de incendio, un peligro elevado dada la importancia de las corrientes de defecto.

Esquema TN-C:

Puede aportar economía a la instalación por la supresión de un polo y un conductor.
Implica la utilización de canalizaciones fijas y rígidas.
Está prohibido en locales que presentan riesgo de incendio.
Genera, durante los defectos de aislamiento, un nivel importante de perturbaciones electromagnéticas que pueden dañar los equipos electrónicos sensibles o perturbar su funcionamiento.
Las corrientes de desequilibrio, los armónicos 3 y múltiplos de 3 circulan en el conductor de protección PEN y pueden ser la causa de perturbaciones múltiples.

Esquema TN-S:

Se emplea en presencia de conductores flexibles o canalizaciones de escasa sección.
Debido a la separación del neutro y del conductor de protección permite mantener una buena equipotencialidad de las masas y reducir el nivel de perturbaciones electromagnéticas. Por lo que es muy recomendable en locales informáticos.
Es obligatorio en locales que presentan riesgo de incendio, si la instalación es en TN.

Esquema IT:

Se utiliza únicamente en instalaciones alimentadas con Centros de Transformación MT/BT o BT/BT privadas.
Es la solución que asegura la mayor continuidad de servicio.
La señalización del primer defecto de aislamiento seguida de su búsqueda y eliminación, permite una prevención sistemática de cualquier interrupción de la alimentación.
Es necesario personal de mantenimiento para la vigilancia de la instalación.
Es necesario un buen nivel de aislamiento de la red.
Es necesario que toda modificación o extensión sea realizada por personal competente que domine las reglas de estas instalaciones.
Implica la fragmentación de la red si esta es muy extensa y alimentación de los receptores de corriente de fuga importante con un transformador de separación.
Es necesaria la verificación del funcionamiento de los dispositivos de protección contra defectos entre fases cuando se produce un doble defecto de aislamiento.

Elección de un régimen de neutro

Características de los regímenes de neutro

Las características de los regímenes de neutro se aprecian según los seis criterios siguientes:

La protección contra contactos eléctricos.
La protección contra incendios de origen eléctrico.
La continuidad de la alimentación
La protección contra sobretensiones.
La protección contra perturbaciones electromagnéticas
Las limitaciones de instalación.

■ Protección contra contactos eléctricos

Todos los regímenes de neutro permiten asegurar una misma protección contra contactos eléctricos, los cuales son puestos en obra y utilizados conforme a las normas.

■ Protección contra riesgos de incendio

• Esquemas TT y IT

En el esquema TT y IT en un primer defecto de aislamiento, la intensidad de corriente generada por un defecto es respectivamente pequeña o muy pequeña, el riesgo de incendio es más reducido que en el esquema TN.

• Esquema TN-C

El esquema TN-C presenta un riesgo de incendio elevado. En efecto, la corriente de desequilibrio de cargas recorren en permanencia no sólo el conductor PEN, sino también los elementos que a él están conectados: estructuras metálicas, masas, blindajes, etc…con riesgo de provocar un incendio. En caso de defecto franco, la intensidad de la corriente generada por el defecto de aislamiento es elevada y el riesgo es importante. En caso de defecto impedante, el esquema TN-C sin dispositivos diferenciales no presenta una protección suficiente, el paso al esquema TN-S asociado al empleo de dispositivos diferenciales es obligatorio. Esta es la razón por la cual queda prohibido en locales con riesgo de explosión o incendio.

■ Continuidad de la alimentación

La elección del esquema IT evita todas las consecuencias nefastas del defecto de aislamiento:

Las caídas de tensión
Los efectos perturbadores de las corrientes de defecto.
Los daños a los equipos
La apertura de la salida en defecto

Su correcta explotación hace que un segundo defecto sea realmente improbable y permite garantizar la continuidad de servicio.

■ Protección contra sobretensiones

En todos los esquemas, puede ser necesaria una protección contra sobretensiones.

■ Protección contra las perturbaciones electromagnéticas

La elección del esquema es indiferente:

Para todas las perturbaciones de modo diferencial
Para todas las perturbaciones de modo común o modo diferencial de frecuencia superior al MHz.

Los esquemas TT, TN-S y IT pueden, satisfacer todos los criterios de compatibilidad electromagnética si son correctamente instalados. Es de notar, que el esquema TN-S conlleva más perturbaciones durante la duración del defecto, porque la corriente de defecto es más elevada.

Por otro lado, los esquemas TN-C o TN–C-S están desaconsejados. En efecto, en estos esquemas, el conductor PEN, las masas de los materiales y los blindajes de los cables son recorridos por una corriente permanente ligada al desequilibrio de las cargas y a la presencia de corrientes armónicas 3 y múltiplos de 3.

■ Limitaciones de instalación

El esquema TT, así como el esquema TN-S realizados con dispositivos diferenciales, son los más simples de poner en marcha.

El esquema TN-S realizado sin dispositivos diferenciales y los esquemas TN-C e IT requieren la verificación del funcionamiento de los dispositivos de protección contra defectos entre fases, lo que supone una limitación de las longitudes máximas de las canalizaciones y necesita la intervención de un personal cualificado para la realización de las extensiones y modificaciones de la instalación.

Elección y recomendaciones de empleo (ver tabla 1)

Cuando la elección del régimen de neutro es posible, se determina caso por caso a partir de las limitaciones ligadas a la instalación eléctrica, a los receptores y a las necesidades de explotación.

Es a menudo ventajoso no hacer una única elección para el conjunto de la instalación.

■ El esquema TT es recomendado para las instalaciones poco vigiladas y evolutivas

En efecto, este es el esquema más simple de poner en marcha y de explotar

■ El esquema IT es recomendado si existe un imperativo de continuidad de servicio

En efecto, el esquema IT garantiza la mayor continuidad de la energía.

Por el contrario, necesita:

El respeto a sus reglas de instalación
Tener en cuenta los problemas generados por las corrientes de fuga
Un servicio de mantenimiento competente para la búsqueda y eliminación del primer defecto de aislamiento así como para la extensión y modificación de la instalación.

■ El esquema TN-S está recomendado para las instalaciones poco evolutivas

Se realiza generalmente sin diferenciales.

Las corrientes generadas por un defecto de aislamiento son importantes y pueden provocar:

Perturbaciones pasajeras
Riesgos de daños elevados
Incendios

Necesita como el IT el respeto a sus reglas de instalación.

Si se instalan dispositivos diferenciales de mediana sensibilidad, se aportaría a este esquema una mayor protección contra incendios y flexibilidad al proyecto y a la explotación.

■ En términos de resistencia a las sobretensiones y perturbaciones electromagnéticas, los esquemas IT, TT y TN-S realizados según las reglas del arte son generalmente satisfactorios; el esquema TN-C o TN-S, por el contrario, son desaconsejados, en efecto, estos presentan riesgos permanentes, en particular:

Caídas de tensión a lo largo del PEN
Circulación de corriente en los elementos conductores, los blindajes y las masas.
Campos magnéticos radiados
Ausencia de protección contra los defectos de aislamiento impedantes
En caso de defecto franco, la intensidad de la corriente es elevada, por lo que el riesgo de daños es importante.