Este post desarrolla el
apartado 2 de la ITC RBT 08, que dice:
Prescripciones especiales para la aplicación
del esquema TN
Para que las masas de la
instalación receptora puedan estar conectadas a neutro como medida de
protección contra contactos indirectos, la red de alimentación debe cumplir las
siguientes prescripciones especiales:
- La sección del conductor neutro debe, en
todo su recorrido, ser como mínimo igual a la indicada en la tabla
siguiente, en función de la sección de los conductores de fase.
Sección de los conductores de fase (mm2)
|
Sección nominal del
conductor neutro (mm2)
|
|
Redes aéreas
|
Redes subterráneas
|
|
16
|
16
|
16
|
25
|
25
|
16
|
35
|
35
|
16
|
50
|
50
|
25
|
70
|
50
|
35
|
95
|
50
|
50
|
120
|
70
|
70
|
150
|
70
|
70
|
185
|
95
|
95
|
240
|
120
|
120
|
300
|
150
|
150
|
100
|
185
|
185
|
Tabla 1. Sección del conductor neutro en
función de la sección de los conductores de fase.
- En las redes aéreas, el conductor neutro
se tenderá con las mismas precauciones que los conductores de fase.
- Además de las puestas a tierra de los
neutros señaladas en las instrucciones ITC-BT-06
e ITC-BT-07, para las líneas principales
y derivaciones serán puestos a tierra igualmente en los extremos de éstas
cuando la longitud de las mismas sea superior a 200 metros.
- La resistencia de tierra del neutro no
será superior a 5 ohmios en las proximidades de la central
generadora o del centro de transformación, así como en los 200 últimos
metros de cualquier derivación de la red.
- La resistencia global de tierra, de todas
las tomas de tierra del neutro, no será superior a 2 ohmios.
- En el esquema TN-C, las masas de las
instalaciones receptoras deberán conectarse al conductor neutro mediante
conductores de protección.
Observaciones y desarrollo
de lo indicado en el apartado 2 de la ITC RBT 08
Las diferencias básicas de un sistema de puesta a tierra con
utilización de dispositivos
diferenciales y con cortacircuitos fusibles e interruptores magnetotérmicos
radica en los siguientes puntos:
Puesta
a tierra con cortacircuitos fusibles e I. Magnetotérmicos
|
Puesta
a tierra con dispositivos diferenciales
|
|
Valores de Rt
necesarios
|
Rt ≤ 2 𝛀
|
Rt ≤ 1666 𝛀
|
Tiempos de actuación
|
0,5 ≤ t ≤ 150 seg.
|
t ≤ 0,2 seg.
|
Valores de intensidades
de defecto
|
ID ≥ 10 Amp.
|
0,03 ≤ ID ≤ 3 Amp.
|
Cuando se produce un defecto, aparece una intensidad de corriente, que
hace actuar los dispositivos de corte, en un tiempo tal, que el posible
contacto no sea peligroso. Su relación i-t estará por debajo de la curva de
seguridad.
Puestas a tierra en
sistemas TN
La resistencia de tierra que exige este sistema,
precisa de una realización de puesta a tierra cuidadosa, siendo necesario
cumplir los aspectos descritos anteriormente del Reglamento de BT, analicemos
algunas situaciones:
1º.- La resistencia global de tierra, de todas las
tomas de tierra del neutro, no será superior a 2 ohmios.
2º.- La resistencia de tierra del neutro no será
superior a 5 ohmios en las proximidades de la central generadora o del centro
de transformación, así como en los 200 últimos metros de cualquier derivación
de la red.
Ejemplo:
Puesta a tierra del neutro
El sistema TN se basa entre
otras condiciones, en que la resistencia del camino de retorno en el
cortocircuito fase-neutro tenga la mínima resistencia posible. Este camino de
retorno será fundamentalmente el conductor de protección y neutro. No obstante,
en paralelo con este conductor, se dispone del camino a través de la tierra
cuya resistencia debe ser lo mínimo posible para que la tensión que pueda
alcanzar el conductor neutro respecto a tierra de referencia (y sus masas
asociadas) sea lo menor posible.
a) Puesta
a tierra simple del neutro
Esta tensión es elevada para que pueda ser aplicada a una persona.
Debería eliminarse el defecto en tS ≤ 200 ms.
b) Puesta a tierra múltiple del neutro
Realizamos la transformación de la impedancia real a una
impedancia equivalente utilizando la transformación triángulo-estrella.
Al utilizar para simplificar cálculos resistencias ohmicas de igual
valor R = 2 ohmios la transformación se simplifica Z∆ = 3ZY, pudiendo calcular fácilmente la
resistencia equivalente.
La resistencia del camino de retorno ahora ha pasado de 6 ohmios a 2,28 ohmios y tendremos:
Esta tensión es mucho menos peligrosa que la anterior y se tendrá que
eliminar en 2,2 segundos. Además la intensidad de corriente que pasará por el
elemento de potencia es mayor ahora y podremos poner elementos de mayor
intensidad nominal y la línea podrá suministrar mayor potencia. El reglamento,
tal como se ha dicho anteriormente, indica que se ponga a tierra el neutro en
diversos puntos, no solo en el CT.
Fallo fase-tierra a través de una masa
Uno de los principales
peligros del sistema TN es que pueda producirse un defecto fase-tierra a través
de un elemento conductor que no este unido al conductor de potencial del
sistema TN.
El neutro de la estrella estará a un potencial VN,
suponiendo (como es usual) que el sistema está equilibrado, no circulará
ninguna corriente por el neutro, por lo que todo el conductor neutro estará a
la tensión VN. En nuestro ejemplo tendríamos:
Todas las masas unidas al conductor de protección estarán
a una tensión de 72,4 V lo que es un valor peligroso que debería eliminarse en
un tiempo máximo de 1,2 segundos. Pero el defecto permanecerá indefinidamente
ya que el elemento de protección no está recorrido por la corriente de defecto
y el sistema TN no actuará.
La protección en este caso debería realizarse con otros
sistemas complementarios, utilizando una vigilancia continua de la tensión del
conductor de protección, o disponiendo una red equipotencial, o un interruptor
diferencial.
Dado el valor reducido de la resistencia de la línea RL
frente a la resistencia de tierra del conductor neutro RN y de la
resistencia de paso de la corriente a tierra a través del elemento conductor RM,
generalmente se suele despreciar el valor de RL considerando que la
tensión a la que quedará el conductor neutro será:
Si la resistencia de la tierra de neutro es grande,
comparada con la del defecto, la tensión a que puede quedar el conductor neutro
respecto a tierra de referencia y las masas unidas al mismo, puede ser muy
peligrosa. Supongamos RN = 20 ohmios ; RM = 4 ohmios ;
tendremos:
ésta tensión es muy peligrosa, de aquí la necesidad de
que la resistencia de tierra del conductor neutro sea lo más baja posible (como
máximo la resistencia total debe ser RN
⩽ 2 ohmios )
Puesta a tierra con
dispositivos diferenciales
Como es sabido, en caso de fallo la corriente de defecto regresaría
por tierra cerrando el circuito de defecto. Prácticamente la resistencia de
este bucle lo constituye la resistencia de tierra de la masa y la resistencia
de tierra del neutro del transformador. Para que el sistema funcione
adecuadamente es necesario que el valor de tierra sea lo menor posible para
facilitar la rapidez de actuación del sistema de corte y por otro lado la
resistencia de tierra de la masa ha de ser tal que en ella no se produzcan
tensiones peligrosas. Vamos a cuantificar el valor de esta resistencia para
cumplir esas condiciones.
Se utiliza la expresión:
Siendo:
VS = Tensión de seguridad (tensión de defecto)
RT = Resistencia de tierra de la masa a proteger
ID = Intensidad de defecto que va a tierra.
En la tabla siguiente quedan recogidos los valores para diferentes
tensiones de seguridad calculados con la fórmula anterior:
Corriente
de defecto ID
|
Máxima resistencia de
tierra (𝛀)
(Tensión de seguridad VS)
|
|
50 V
|
24 V
|
|
30 A
|
1,7
|
0,8
|
20 A
|
2,5
|
1,2
|
10 A
|
5
|
2,4
|
5 A
|
10
|
4,8
|
3 A
|
17
|
8
|
1 A
|
50
|
24
|
500 mA
|
100
|
48
|
300 mA
|
166
|
80
|
100 mA
|
500
|
240
|
30 mA
|
1666
|
800
|
10 mA
|
5000
|
2400
|
RT = Resistencia de la toma de tierras de las masas
IA = Corriente de funcionamiento del dispositivo de disparo
en el tiempo especificado en la tabla anterior para tensión de contacto U.
OBSERVACIONES:
El sistema TN C no protege contra contactos directos y para evitar que
al conectar un receptor al circuito eléctrico, su masa pueda quedar en tensión,
se precisa disponer de elementos polarizados, con distinción clara de
fase-neutro y la imposibilidad de realizar una falsa maniobra.
Conviene destacar que los interruptores diferenciales de alta
sensibilidad aportan al sistema una protección muy eficaz contra incendios, al
limitar a potencias muy bajas las eventuales fugas de energía eléctrica por
defecto de aislamiento.
Es conocido que el 30% de
incendios de edificios tienen su origen en un defecto eléctrico, de los cuales el más común es el deterioro del
aislamiento de los cables y receptores de la instalación a causa de:
• Rotura brusca accidental del aislante de un conductor
• Envejecimiento y rotura final del aislante de un conductor
• Cables mal dimensionados,
sometidos periódicamente a sobrecargas en los que se acelera su proceso de
envejecimiento.
• Defectos de aislamiento en cables y receptores
en general (domestico e industrial).
Dos piezas metálicas cuyo contacto sea puntual, con una corriente de
300 mA pueden poner en estado incandescente el punto de contacto.
Por consiguiente, cualquiera que sea el régimen de neutro, las
instalaciones eléctricas en los locales con riesgo de incendio deberán
protegerse con dispositivos diferenciales residuales de sensibilidad:
Un defecto de aislamiento cuya fuga de corriente a tierra alcance un
valor igual o superior a 300 mA puede
producir un incendio.
Riesgo de incendio a partir de 300 mA de fugas
de corriente a tierra
Este ejemplo simplista, nos pone de manifiesto que los defectos de
aislamiento de gran resistencia (poca intensidad) no pueden ser protegidos con
fusibles o interruptores magnetotérmicos debido a su “elevado” umbral de
actuación (véase tabla), siendo por tanto, adecuados para proteger contra
sobrecargas o cortocircuitos, (también susceptibles de provocar incendios
debido a la considerable energía del arco eléctrico que conllevan).
Tipo
de protección
|
|
Fusibles
|
Intensidad
de fusión
|
Extrarrápidos
Rápidos
Lentos
|
1,6 In
1,8 In
3,5 In
|
Interruptores
automáticos
|
Intensidad
de actuación
|
HLS
permiten rearme manual
después de su actuación
|
2,5 In
|
Es sabido que cada materia necesita una determinada energía de
activación para su ignición.
Los dispositivos diferenciales hacen que:
1º.- Esta energía no alcance valores altos.
Siendo:
U = Tensión fase-tierra
I = Corriente nominal de intervención
t = Tiempo transcurrido desde el inicio del defecto
E = Energía de inflamación, proporcionada
2º.- Aunque la potencia sea elevada, el fallo no dura más de 0,2
segundos (tiempo de respuesta de un diferencial) con lo cual la energía se
mantiene en valores muy bajos.
Un interruptor magnetotérmico no sería eficaz en este caso, ya que por
ejemplo, uno de intensidad nominal 100 A, con un defecto a tierra de 10 A no
dispararía; sin embargo 10 A a 380/220 V. provocaría un foco de incendio
alimentado por unos 2 kW.
FUENTES:
Reglamento electrotécnico para BT: ITC BT 08 e ITC BT 24
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