Ingeniería de Máquinas y Sistemas Eléctricos: enero 2021

domingo, 31 de enero de 2021

Realización y puesta en marcha de una instalación con régimen de neutro TT

Realización del esquema TT

§ Disposiciones generales

Las masas están interconectadas y unidas a tierra sea todo el conjunto o por grupos, o bien individualmente.

La protección contra los contactos indirectos está asegurada por DDR donde la sensibilidad IΔn respeta la condición:

(1) 25 V en locales húmedos, las instalaciones de canteras y establecimientos agrícolas.

La elección de la sensibilidad del DDR, función de la resistencia de la toma de tierra, está dada en la tabla 1.

Tabla 1: Límite superior de la resistencia de la toma de tierra de las masas a no sobrepasar en función de la sensibilidad de los DDR y de la tensión límite UL.

● Disposiciones particulares

○ Disposiciones para asegurar la selectividad

Con el fin de permitir la selectividad, las normas admiten que el funcionamiento del dispositivo diferencial ubicado en la cabecera de la instalación pueda ser retardado con un tiempo máximo de 1 s. De esta forma, se podrá realizar fácilmente una selectividad total para defectos a tierra en varios niveles como muestra la figura 1.

Figura 1: Selectividad total en 4 niveles

○ Caso donde una masa o un grupo de masas están unidas a una toma de tierra separada (ver fig. 2)

Protección contra los contactos indirectos por DDR en cabecera de cada grupo de masas unidas a una toma de tierra distinta. La sensibilidad debe ser adaptada a la resistencia r_m2 de la toma de tierra.

Figura 2: Toma de tierra separada

○ Dispositivo diferencial de alta sensibilidad (ver figura 3)

Mínimo obligatorio

La utilización de dispositivos diferenciales residuales de alta sensibilidad (≤ 30 mA) es obligatorio en los casos siguientes:

Circuitos de bases de tomas de corriente asignada ≤ 32 A, cualquiera que sea el local.
Circuitos de bases de tomas de corriente en locales mojados cualquiera que sea la corriente asignada indicadas en las condiciones adjuntas.
Circuitos de bases de tomas de corriente en instalaciones temporales.
Circuitos que alimentan salas de baño y piscinas.
Alimentación de instalaciones de canteras, caravanas, barcos de recreo, instalaciones foráneas.

Esta instalación puede ser individual, por circuito o por grupos de circuitos.

Figura 3: Circuito de tomas de corriente

○ Prevención en locales con riesgo de incendio (ver fig. 4)

Protección diferencial de corriente residual obligatoria de sensibilidad ≤ 500 mA para la protección de los circuitos.

Figura 4: Local con riesgos de incendio

○ Protección cuando una masa no está unida a tierra (ver fig. 5)

Es tolerada únicamente para locales o emplazamientos secos cuando la realización de una toma de tierra no es posible.

La utilización de un dispositivo diferencial residual de alta sensibilidad (≤ 30 mA) es obligatoria en la salida correspondiente.

Figura 5: Masa no unida a tierra

Análisis del contacto indirecto en el régimen de neutro TT

Neutro puesto directamente a tierra (esquema TT, fig. 6)

El punto neutro está conectado directamente a tierra (primera letra T)

Las masas de los receptores están interconectadas y puestas a tierra, bien sea todas en un conjunto, bien sea por grupos o bien individualmente (segunda letra T). La protección se garantiza por medio de dispositivos diferenciales residuales DDR. Todas las masas protegidas por el mismo dispositivo de protección deben estar unidas a la misma toma de tierra.

La toma de tierra del neutro y la de las masas pueden o no estar interconectadas o confundidas. El neutro puede estar distribuido o no.

Figura 6: Neutro puesto directamente a tierra (esquema TT) en baja tensión

Neutro puesto a tierra (esquema TT) (ver fig. 7)

Figura 7: Tensión de contacto durante el primer defecto de aislamiento (esquema TT)

En presencia de un defecto de aislamiento, aparece una corriente de defecto If que, si la toma de tierra de las masas y la toma de tierra del neutro no están interconectadas, está esencialmente limitada por las resistencias de estas tomas de tierra:

V es la tensión simple de la red.

Si r_N = 10 Ω y r_M = 15 Ω por ejemplo, se tiene:

Las masas interconectadas en este caso toman un potencial U_C1:

Potencial peligroso que impone el corte de la alimentación.

La tensión que aparece entre dos masas vecinas m₁ y m₂ es igual a:

Z_DE es la impedancia del tramo DE: si este tramo está constituido por un cable de cobre de 50 mm² y de 50 m de longitud, se tiene:

Siendo:

Resistividad del cobre a 80 ºC = ρ = 22,5·10^-3 Ω mm²/m

y U_C4= 22,5·9,2·10^-3, será 0,21 V, potencial inofensivo.

Una masa m₃no interconectada con las otras no sufre ninguna elevación de potencial.

Si las tomas de tierra del neutro y de las masas se encuentran unidas por conductores enterrados en el suelo por ejemplo, la corriente de defecto no se cierra por tierra, y no estará limitada en la práctica nada más que por la impedancia del bucle de defecto ABCDEFGH.

Su valor puede ser elevado y las masas llegar a un potencial peligroso. Para una impedancia de bucle Z_B de 100 mΩ, se tiene una corriente de defecto de 2.200 A.

Y si Z_DF ≅ Z_B/2 por ejemplo, la masa m₁ se eleva al potencial de 110 V. Si Z_DE ≅ Z_DF/2, la tensión que aparece entre las masas m₁ y m₂ es igual a 55 V.

Las tensiones de contacto que aparecen en un primer defecto de aislamiento en una red con neutro puesto directamente a tierra (esquema TT) son peligrosas. El disparo ante un primer defecto es obligatorio. Pero también, si la toma de tierra del neutro y la de las masas no están interconectadas, las corrientes de defecto son débiles y no son detectadas por los dispositivos de protección contra defectos entre fases (disyuntores o fusibles). La apertura debe ser obtenida por dispositivos de protección de corriente residual (DDR). Cuando las tomas de tierra del neutro y de las masas están interconectadas o confundidas, las corrientes de defecto son mucho más elevadas.

Sin embargo, como no hay ninguna disposición exigida en este régimen para minimizar, calcular, medir las impedancias de los bucles de defecto, nada permite afirmar que los dispositivos de protección contra defectos entre fases puedan funcionar, la instalación del tipo TT y la introducción de dispositivos de corriente diferencial residual es obligatoria (ver fig. 8).

Figura 8: Protección por dispositivo diferencial (esquema TT)

Artículo en PDF en la siguiente dirección:

https://www.mediafire.com/file/zojg0q6oab3jhm7/Realización+del+esquema+TT.pdf/file

POST RELACIONADO:

Realización y puesta en marcha de una instalación con régimen de neutro TN

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lunes, 25 de enero de 2021

Realización y puesta en marcha de una instalación con régimen de neutro TN

En una instalación con régimen de neutro TN:

El punto neutro está unido directamente a tierra (primera letra T).

Las masas de los receptores están unidas al conductor neutro (segunda letra N).

Se distinguen dos esquemas posibles según que el conductor neutro (N) y el conductor de protección (PE) estén confundidos o no.

Primer caso

Los conductores de neutro y protección están confundidos en un sólo conductor llamado PEN. El esquema se identifica con una tercera letra C y se denomina TNC (ver fig. 1)

Es recomendable conectar el PEN regularmente a tierra con el fin de limitar su nivel de potencial con relación al suelo (ver § siguiente: Diferencia de potencial a lo largo del conductor de protección – Perturbación de los sistemas de comunicaciones).

Este esquema está prohibido para secciones de cable inferiores a 10 mm2 en cobre y 16 mm2 en aluminio al igual que para las canalizaciones móviles. Está igualmente prohibido su instalación aguas abajo de un esquema TNS.

Figura 1: Esquema TNC

- Diferencia de potencial a lo largo del conductor de protección – Perturbación

de los sistemas de comunicaciones

En los esquemas del tipo TNC y TNS, durante un defecto de aislamiento, se puede desarrollar una tensión importante a lo largo del conductor de protección enlazando la masa del receptor en defecto al circuito equipotencial conectando la interconexión del conjunto de masas de la instalación.

Las masas de los receptores sanos no están sometidas necesariamente a la misma elevación de potencial que la del receptor en defecto. Pero puede aparecer en una diferencia de potencial apreciable entre dos receptores y todas las conexiones de transmisión de la información que conectan estos dos receptores, pudiendo ser perturbados (ver fig. 2).

En el esquema TNC la corriente de desequilibrio de las cargas monofásicas y las corrientes armónicas de orden 3 y sus múltiplos circulan en el conductor de protección PEN) siendo la base de diferencias de potencial. La equipotencialidad de los receptores no estará asegurada y el enlace de las transmisiones de la información conectadas a los aparatos comunicantes puede verse perturbado; el riesgo de perturbación es en este caso permanente (ver fig. 3).

Para simplificar, se supone:

VAD = 0,8V

VDN : despreciable

El conductor de protección PE de la misma longitud y sección que el conductor de fase.

Se tiene entonces:

Figura 2: Caída de tensión a lo largo del conductor de protección

ΔV: caída de tensión debida a la circulación de corrientes de desequilibrio, armónicos de orden 3 y múltiplos de 3 en el conductor PEN

Figura 3: Efecto de la circulación de corrientes de desequilibrio y corrientes armónicas de orden 3 y múltiplos de 3

Segundo caso

El conductor de neutro y el conductor de protección están separados. El esquema es identificado por la tercera letra S denominándose TNS (ver fig. 4).

Figura 4: Esquema TNS

Las tomas de tierra deben estar repartidas uniformemente a lo largo de los conductores de protección.

En el régimen TN, es obligatorio establecer el régimen TNS para secciones de cable inferiores o iguales a 10 mm2 en cobre o 16 mm 2 en aluminio, al igual que para canalizaciones móviles. Está prohibida la instalación de un régimen TNS aguas arriba de un TNC.

Nota:

Los dos esquemas TNC y TNS pueden ser utilizados en una misma instalación. Pero el esquema TNC (4 hilos) no debe nunca estar instalado aguas abajo de un esquema TNS (5 hilos) (ver fig. 5).

Como se indica anteriormente, la puesta a neutro necesita la creación de un sistema equipotencial para evitar la subida de potencial de las masas y de los elementos conductores durante los defectos fase-tierra. Es consecuentemente, necesario unir los conductores PEN a numerosas tomas de tierra repartidas en la instalación.

Figura 5: Combinación de los esquemas TNC y TNS

Disposiciones generales de puesta en marcha del régimen TN

Las disposiciones generales se enumeran a continuación y están representadas en la figura 6:

- Conectar regularmente a tierra el conductor PE de protección

- Llevar los conductores de protección PE ó PEN al lado de los conductores de fases sin interponer elementos ferromagnéticos o utilizar cables que incorporen conductores de fase y conductores de protección.

- Conectar el conductor PEN en el borne de “masa” del receptor.

- Separación del conductor neutro y del conductor de protección cuando la sección sea ≤ 3 mm2 cobre o 10 mm2 aluminio o en presencia de canalizaciones móviles.

- Disparo al primer defecto de aislamiento por medio de dispositivos de protección clásicos (disyuntores o fusibles).

- Verificación de las condiciones de disparo de los dispositivos de protección.

Esta verificación debe ser realizada en el proyecto de la instalación por cálculo y

en la puesta en servicio por medio de mediciones.

Nota: el conductor PEN no debe ser cortado, ni contener aparellage. Los aparatos de protección deben ser:

- Tripolares cuando el circuito disponga de conductor PEN (esquema TNC).

- Tetrapolares (3P + N) cuando el circuito disponga de un conductor neutro y un conductor PE (esquema TNS).

Figura 6: Puesta en marcha del esquema TN

Disposiciones particulares

o Dispositivo diferencial de alta sensibilidad (ver fig. 7)

La utilización de dispositivos diferenciales residuales (DDR) de alta sensibilidad (≤ 30 mA) es obligatoria en los casos siguientes:

- Circuitos de bases de tomas de corriente asignada ≤ 32 A, cualquiera que sea el local.

- Circuitos de tomas de corriente en locales mojados cualquiera que sea la corriente asignada.

- Circuitos de tomas de corriente en instalaciones temporales.

- Circuitos que alimentan salas de baño y piscinas.

- Alimentación de instalaciones de canteras, caravanas, barcos de recreo, instalaciones foráneas.

Esta protección puede ser individual, por circuito o por grupos de circuitos.

Figura 7: Circuito de toma de corriente

o Caso particular donde una masa o un grupo de masas se conectan a tomas de tierra separadas (ver fig. 8)

Protección contra contactos indirectos por dispositivos diferenciales residuales (DDR) en cabecera de cada grupo de masas conectadas a una toma de tierra separada. La sensibilidad debe ser adaptada a la resistencia rm 2 de la toma de tierra

Figura 8: Toma de tierra separada

o Prevención de locales con riesgo de incendio (ver fig. 9)

En locales con riesgo de incendio, el esquema TN-C está prohibido, el esquema TNS es el obligatorio; la utilización de dispositivos diferenciales residuales de sensibilidad ≤ 500 mA es obligatoria para la protección de los circuitos.

Figura 9: Local con riesgo de incendio

o Caso donde la impedancia del bucle es particularmente elevada

Cuando el disparo de los dispositivos de protección contra sobreintensidades no puede

ser satisfecho, pueden contemplarse las soluciones siguientes:

· Propuesta 1 (ver fig. 10)

Instalar un aparato con reglaje magnético bajo

Esta solución permite asegurar la protección de las personas para un circuito donde la impedancia del bucle de defecto sea elevada. Pero, será necesario verificar que el aparato no está solicitado por corrientes elevadas en la puesta en tensión de o de los receptores.

Figura 10: Aparato con umbral magnético bajo

· Propuesta 2 (ver fig. 11)

Instalar un dispositivo de corriente diferencial residual. El valor elevado de las corrientes de defecto hace necesaria la utilización de bajas sensibilidades (algunos amperios a algunas decenas de amperio)

Esta solución evita las verificaciones.

Figura 11: Protección diferencial de corriente residual

· Propuesta 3

Aumentar la sección de los conductores de protección (PE ó PEN) o de las fases o ambos simultáneamente hasta que los imperativos de protección de las personas estén garantizados.

· Propuesta 4 (ver fig. 12)

Realizar las uniones equipotenciales suplementarias que contribuyan a la reducción de las impedancias de los bucles de defecto. Su eficacia deberá ser verificada por mediciones.

Figura 12: Uniones equipotenciales suplementarias

o Protección cuando una masa no está conectada a tierra (ver fig. 13)

Es tolerada solamente para locales o emplazamientos secos cuando la realización de una puesta a tierra no es posible.

La utilización de un dispositivo diferencial residual de alta sensibilidad (≤ 30 mA) es obligatoria en la salida correspondiente.

Figura 13: Masa no conectada a tierra

Análisis del contacto indirecto en el régimen de neutro TN (Ver fig. 14)

rN : resistencia de la puesta a tierra del neutro

rS : resistencia del suelo

UC1 , UC2 : tensión de contacto entre masa y suelo

UC4 , UC5 : tensión de contacto entre dos masas simultáneamente accesibles

ABCDEF : bucle de defecto

Figura 14: Tensión de contacto durante un primer defecto (esquema TN)

El principio de la puesta a neutro es el de transformar cualquier defecto de aislamiento en un cortocircuito monofásico fase-neutro. La corriente de defecto no está limitada más que por la impedancia del bucle de defecto ZB = ABCDEF:

con:

Conductores de protección y fases con cable de cobre de 50 mm² y 50 m de longitud.

Tomando un coeficiente de 0,8 para tener en cuenta las conexiones aguas arriba AB y EF:

Se tiene:

Si se desprecia la impedancia del tramo EF, la masa se pone a un potencial con relación a tierra UC = ZDE · If ,

La tensión de contacto U C4 existente entre dos masas vecinas es igualmente ZDE · If = 92 V.

Si el conductor de protección es regularmente unido a tierra de manera que se creen zonas equipotenciales, las masas sanas estarán sometidas a elevaciones de potencial despreciable (ver fig. 15)

Figura 15: Tensión de contacto a nivel de una masa sana

En efecto, en estas condiciones, la tensión de contacto que aparece a nivel de una masa sana es igual a la caída de tensión al comienzo de la longitud de la porción del conductor de protección que une esta masa a tierra. Si las tomas de tierra existen en toda la longitud del conductor de protección, la longitud de este tramo es escaso con relación a la longitud del bucle de defecto, si bien la tensión de contacto que aparece a nivel de la masa sana es despreciable.

Una red con una puesta a neutro (esquema TN) es peligrosa ante un primer defecto de aislamiento: el corte de la alimentación es obligatorio ante la aparición de un defecto.

La corriente de defecto es importante, se admite, como en IT, que el corte está asegurado por dispositivos de protección contra defectos entre fases (disyuntores, fusibles). Es imperativo que las condiciones de disparo de estos dispositivos estén verificados. Puede aplicarse el método simplificado expuesto anteriormente en el esquema IT. (ver tabla 1).

En el caso donde el funcionamiento de estos dispositivos no pueda garantizarse debido a los valores elevados de impedancia de los bucles de defecto, es conveniente utilizar otros dispositivos de protección (dispositivos de protección de corriente residual, por ejemplo) o poner en marcha medias particulares (indicadas anteriormente en las disposiciones generales).

Tabla 1: Verificación de las condiciones de disparo en TN

Para verificar las condiciones de disparo, se aplica la ley de Ohm a las salidas afectadas por el defecto, realizando los siguientes supuestos:

1.- La tensión entre la fase en defecto y el PE o PEN en el origen del circuito se toma igual al 80% de la tensión simple nominal.

2.- Para las secciones < 150 mm2, se desprecia las reactancias de los conductores en relación con su resistencia.

3.- El conductor de protección se encuentra al lado de los conductores de fases.

El cálculo muestra que la longitud del circuito no debe ser superior al valor dado por la relación:

Con:

Lmáx. : longitud máxima en metros

V : tensión simple (V =230 V para una red 230/400 V)

Sph : sección de las fases en mm2

ρ : resistividad a la temperatura de funcionamiento normal

SPE : sección del conductor de protección

I magn . I fus : corriente que garantiza el funcionamiento de los dispositivos de protección (disyuntor ó fusible) en tiempos inferiores a los tiempos prescritos en las tablas 2 a y 2 b.

Tiempos teóricos de corte en función de la tensión presunta de contacto

Tabla 2-a: duración máxima de mantenimiento de la tensión de contacto presunta en locales

secos (U L = 50 V)

Tabla 2-b: duración máxima de mantenimiento de la tensión de contacto presunta en locales

húmedos (U L = 25 V)

Imagn . e Ifus. son las corrientes que garantizan el funcionamiento de los dispositivos de protección en tiempos inferiores a los tiempos correspondientes a la tensión de contacto que aparece en el receptor en defecto. Como para el esquema IT la norma IEC 60364 admite el no tener en cuenta la presunta tensión de contacto que aparece durante el defecto y fija los tiempos de corte constantes en dependencia de la tensión nominal de la red (ver tabla 3).