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 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 excede un umbral de seguridad, normalmente establecido en aproximadamente 50 V.,
en la mayoría de los países desarrollados, los enchufes de 220 V, 230 V o 240 V con contactos a tierra se introdujeron justo antes o poco después de la Segunda Guerra Mundial, aunque con una considerable variación Nacional. Sin embargo, en los Estados Unidos y Canadá, donde el voltaje de suministro es de solo 120 V, Las tomas de corriente instaladas antes de mediados de la década de 1960 generalmente no incluían un pin de tierra. En el mundo en desarrollo, la práctica local de cableado puede o no proporcionar una conexión a una tierra.,
en redes eléctricas de baja tensión con una tensión de fase a neutro superior a 240 V hasta 690 V, 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 igualmente importante desde el punto de vista de la seguridad como para los usuarios domésticos.
durante un tiempo, el Código Eléctrico Nacional de los Estados Unidos permitió que ciertos electrodomésticos principales conectados permanentemente al suministro utilizaran el cable neutro de suministro como conexión a tierra del gabinete del equipo., Esto no estaba permitido para los equipos enchufables, ya que el conductor neutro y energizado podía intercambiarse fácilmente accidentalmente, creando un grave peligro. Si se interrumpía el neutro, el recinto del equipo ya no estaría conectado a tierra. Los desequilibrios normales en un sistema de distribución de fase dividida podrían crear voltajes neutrales a tierra objetables. Las últimas ediciones del CEN ya no permiten esta práctica. Por razones similares, la mayoría de los países ahora han establecido conexiones de protección a tierra dedicadas en el cableado de los consumidores que ahora son casi universales., En las redes de distribución, donde las conexiones son menos y menos vulnerables, muchos países permiten que la tierra y neutral compartan un conductor.
si la ruta de falla entre los objetos energizados accidentalmente y la conexión de suministro tiene baja impedancia, la corriente de falla será tan grande que el dispositivo de protección de sobrecorriente del 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 la alimentación (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.
TERMINOLOGÍAEDITAR
la norma internacional IEC 60364 distingue tres familias de arreglos de puesta a tierra, utilizando los códigos de dos letras TN, TT e 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 la tierra (francés: terre) «I» — ningún punto está conectado con la tierra (francés: isolé), 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» — conexión a tierra es por una conexión directa local a tierra (francés: terre), generalmente a través de una varilla de tierra., «N» – la conexión a tierra es suministrada por la red de suministro de electricidad, ya sea por separado al conductor neutro (TN-S), combinado con el conductor neutro (TN-C), o ambos (TN-C-S). Estas cuestiones se examinan a continuación.
tipos de redes TNEDIT
En un sistema de puesta a tierra TN, uno de los puntos en el generador o transformador está conectado con la 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 los sistemas eléctricos residenciales e industriales, especialmente en Europa.
el conductor que conecta las partes metálicas expuestas de la instalación eléctrica del consumidor se llama tierra protectora( PE; Véase también: Tierra). El conductor que se conecta al punto estelar 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 PEN conductor combinado cumple las funciones tanto de un pe como de un n conductor. (en sistemas de 230/400 V que normalmente solo se utilizan para redes de distribución) TN−C-S parte del sistema utiliza un conductor de pluma combinado,que en algún momento se divide en líneas separadas de PE y N. El PEN conductor combinado ocurre típicamente entre la subestación y el punto de entrada en el edificio, y la tierra y el neutro se separan en el cabezal de servicio., En el Reino Unido, este sistema también se conoce como protección de puesta a tierra 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 barras 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. Sistemas similares en Australia y Nueva Zelanda son designados como neutrales de tierra múltiple (MEN) y, en América del Norte, como neutrales de tierra múltiple (MGN).,
es posible tener fuentes TN-S y tn-C-s tomadas del mismo transformador. Por ejemplo, las vainas 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 en TN-C-S. Esto solo es posible en una red cuando el neutro es adecuadamente robusto contra fallas, y la conversión no siempre es posible. La pluma debe reforzarse adecuadamente contra fallas, ya que una pluma de circuito abierto puede impresionar el voltaje de fase completa en cualquier metal expuesto conectado a la Tierra del sistema aguas abajo de la rotura., La alternativa es proporcionar una tierra local y convertir a TT.La principal atracción de una red TN es la trayectoria 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 interruptor o fusible funcionará para fallas L-N O L-PE, y no se necesita un RCD para detectar fallas de tierra.,
TT networkEdit
en un sistema de puesta a tierra TT (francés: terre-terre), la conexión de tierra protectora para el consumidor es proporcionada por un electrodo de tierra local, hay otro instalado de forma independiente en el generador. No hay’ 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 su primer aislador.,
la gran ventaja del sistema de puesta a tierra TT es la menor 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 libre de interferencias. Además, las redes TT no plantean ningún riesgo grave en el caso de un punto neutro roto. Además, en lugares donde el poder está distribuido de la sobrecarga de conductores de tierra no están en riesgo de convertirse en directo cualquier distribución aérea conductor de fractura por, digamos, un árbol caído o de la rama.,
en la era pre-RCD, el sistema de puesta a tierra TT era poco 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 fusible funcionará para fallas L-N 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) el TT se recomienda para situaciones en las que una zona equipotencial de baja impedancia no es práctica de mantener mediante unión, donde hay un cableado exterior significativo, como suministros a casas móviles y algunos entornos agrícolas, o donde una corriente de falla alta 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 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 TIEDITAR
en una red de TI (isolé-terre), el sistema de distribución eléctrica no tiene conexión a tierra en absoluto, o solo tiene una conexión de alta impedancia.,
ComparisonEdit
| TT | ES | TN-S | TN-C | TN-C-S | |
|---|---|---|---|---|---|
| fallas a Tierra impedancia de bucle | Alta | Mayor | Bajo | Bajo | Bajo |
| RCD preferido? | Sí | N/A | Opcional | No | Opcional |
| Necesita electrodo de tierra en el sitio?,s | seguro y confiable | continuidad de operación, costo | más seguro | costo | seguridad y costo |
otras terminologíaseditar
mientras que las regulaciones nacionales de cableado para los edificios de muchos países Siga la terminología IEC 60364, en América del Norte (Estados Unidos y Canadá), el término «conductor de puesta a tierra de equipos» se refiere a los terrenos de los equipos y los cables de tierra en los circuitos de derivación, y «conductor de electrodo de puesta a tierra» se utiliza para los conductores que unen una varilla de tierra a tierra (o similar) a un panel de servicio., «Conductor conectado a tierra «es el sistema»neutral».Los estándares australianos y Neozelandeses utilizan un sistema de puesta a tierra PME modificado llamado Multiple Earthed Neutral (MEN). El neutro está conectado a tierra (conectado a tierra) en cada punto de servicio al consumidor, lo que lleva efectivamente la diferencia de potencial neutro a cero a lo largo de toda la longitud de LV lines.In en el Reino Unido y algunos países de la Commonwealth, el término «PNE», que significa Fase-Neutral-Tierra se utiliza para indicar que se utilizan tres conductores (o más para conexiones no monofásicas), es decir, PN-S.,
resistance-Earth neutral (India)Edit
un sistema de tierra de resistencia se utiliza 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 utiliza una resistencia de puesta a tierra neutral (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 con gases. 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 puesta a tierra neutral se supervisa para detectar una conexión a tierra interrumpida y para cortar la alimentación si se detecta un fallo.
protección contra fugas en Terraeditar
para evitar choques accidentales, los circuitos de detección de corriente se utilizan en la fuente para aislar la potencia cuando la corriente de fuga excede un cierto límite. Para ello se utilizan dispositivos de corriente Residual (RCD, RCCBs o GFCIs). Anteriormente, se utiliza un disyuntor de fuga a tierra. En aplicaciones industriales, los relés de fuga a tierra se utilizan con transformadores de corriente balanceados de núcleo separado., Esta protección funciona en el rango de Mili-amperios y se puede ajustar de 30 mA a 3000 mA.
comprobación de conectividad a Terraeditar
se ejecuta un cable piloto separado desde el sistema de distribución / Suministro de equipos, además del cable de tierra, para supervisar la continuidad del cable. Esto se utiliza en los cables de arrastre de maquinaria de minería. Si el cable de tierra está roto, el cable piloto permite que un dispositivo de detección en el extremo de la fuente interrumpa la alimentación de la máquina. Este tipo de circuito es una necesidad para el equipo eléctrico pesado portátil (como LHD (carga, acarreo, Máquina de descarga)) que se utiliza en minas subterráneas.,
PropertiesEdit
CostEdit
- Las redes TN ahorran el costo de una conexión a tierra de baja impedancia en el sitio de cada consumidor. Dicha conexión (una estructura metálica enterrada) es necesaria para proporcionar tierra protectora 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 averías neutrales, se necesitan tipos de cables especiales y muchas conexiones a tierra.
- Las redes TT requieren una protección adecuada RCD (interruptor de falla a tierra).,
SafetyEdit
- En TN, una falla de aislamiento es muy probable que conduzca a una alta corriente de cortocircuito que activará un interruptor de sobrecorriente o fusible 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 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 en condiciones de falla, lo que es un peligro real.
- en los sistemas TN-S y TT (y en TN-C-s más allá del punto de la división), se puede utilizar un dispositivo de corriente residual para una protección adicional., En ausencia de cualquier falla de aislamiento en el dispositivo de consumo, la ecuación IL1+IL2+IL3+IN = 0 se mantiene, y un RCD puede desconectar el suministro tan pronto como esta suma alcanza 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 IT 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 la activación no deseada del contacto entre conductores de tierra de circuitos en diferentes RCDs o con tierra real, haciendo así su uso impracticable. Además, los RCDs generalmente aíslan el núcleo neutro. Dado que no es Seguro hacer esto en un sistema TN-C, Los RCDs en TN-C deben estar cableados 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-C-S que utiliza un núcleo neutro y de tierra combinado), si hay un problema de contacto en el conductor de la pluma, entonces todas las partes del sistema de puesta a tierra más allá de la ruptura 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 neutro más allá de la ruptura se conoce como inversión neutral., Por lo tanto, las conexiones TN-C no deben ir a través de conexiones de enchufe/zócalo o cables flexibles, donde hay 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 concéntrico y múltiples electrodos de tierra., Debido a los (pequeños) riesgos de la pérdida de neutral elevando el trabajo de metal «conectado a tierra» a un potencial peligroso, junto con el mayor riesgo de choque de la proximidad a un buen contacto con la tierra verdadera, el uso de suministros TN-C-S está prohibido en el Reino Unido para sitios de caravanas y suministro de tierra a barcos, y se recomienda encarecidamente su uso en granjas y sitios de construcción al aire libre, y en tales casos se recomienda hacer todo el cableado al aire libre TT con RCD y un electrodo de tierra separado.,
- en los sistemas de ti, es poco probable que una sola falla de aislamiento cause 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 dicha corriente fluya. 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 hacía contacto con la tierra, causaría que los otros núcleos de fase subieran a la tensión fase-fase relativa a la tierra en lugar de la tensión fase-neutral., Los sistemas de TI también experimentan mayores sobretensiones transitorias que otros sistemas.
- en los sistemas TN-C y TN-C-S, cualquier conexión entre el núcleo neutro y terrestre combinado y el cuerpo de la Tierra podría terminar llevando corriente significativa en condiciones normales, y podría llevar aún más en una situación neutral rota. Por lo tanto, los conductores de unión equipotencial principales deben dimensionarse con esto en mente; el uso de TN-C-S no es aconsejable en situaciones como estaciones de servicio, donde hay una combinación de mucho metalistería enterrada y gases explosivos.,
compatibilidad Electromagnéticaeditar
- en los sistemas TN-S y TT, el consumidor tiene una conexión de bajo ruido a tierra, que no sufre de la tensión 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 telecomunicación y medición.
- en los sistemas TT, cada consumidor tiene su propia conexión a la tierra, y no notará ninguna corriente que pueda ser causada por otros consumidores en una línea de PE compartida.,
RegulationsEdit
- En el Código Eléctrico Nacional de los Estados Unidos y el Código Eléctrico Canadiense, La alimentación del transformador de distribución utiliza un conductor neutro y de puesta a tierra combinado, pero dentro de la estructura se utilizan conductores de tierra neutros y protectores separados (TN-C-S). 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-C-S), los clientes deben proporcionar sus propias conexiones a tierra.,
- Los electrodomésticos en Japón deben cumplir con la ley PSE, y el cableado de edificios utiliza puesta a tierra TT en la mayoría de las instalaciones.
- en Australia, se utiliza el sistema de puesta a tierra Neutral (MEN) de tierra múltiple y se describe en la sección 5 de AS / NZS 3000. Para un cliente de baja tensión, es un sistema TN-C desde el transformador en la calle hasta el local, (el neutro se pone 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 como un todo, es un sistema TN-C-s.,
- en Dinamarca, el Reglamento de alta tensión (Stærkstrømsbekendtgørelsen) y Malasia, la Ordenanza de electricidad de 1994, establece que todos los consumidores deben usar la conexión a tierra TT, aunque en casos raros se puede permitir TN-C-S (utilizado de la misma manera que en los Estados Unidos). Las reglas son diferentes cuando se trata de empresas más grandes.
- en la India según las regulaciones de la autoridad central de electricidad, CEAR, 2010, regla 41, hay provisión de conexión a tierra, cable neutro de un sistema de 4 hilos de 3 fases y el tercer cable adicional de un sistema de 3 hilos de 2 fases. La puesta a tierra se debe hacer con dos conexiones separadas., El sistema de puesta a tierra también debe tener un mínimo de dos o más pozos de tierra (electrodos) para garantizar mejor una conexión a tierra adecuada. De acuerdo con la regla 42, la instalación con una carga conectada superior a 5 kW superior a 250 V deberá tener un dispositivo de protección contra fugas a tierra adecuado para aislar la carga en caso de falla a tierra o fuga.
ejemplos de Aplicacióneditar
- En las áreas del Reino Unido donde el cableado eléctrico subterráneo es frecuente, el sistema TN-S es común.
- En la India el suministro de LT es generalmente a través del sistema TN-S. Neutral es doble puesta a tierra en cada transformador de distribución., Los conductores neutros y de tierra funcionan 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 electrodos/pozos de tierra adicionales en cada extremo del usuario para proporcionar una ruta redundante a la tierra.
- La mayoría de los hogares modernos en Europa tienen un sistema de puesta a tierra TN-C-s. El neutro y la tierra combinados se producen entre la subestación transformadora más cercana y el servicio cortado (el fusible antes del medidor). Después de esto, se utilizan núcleos de tierra y neutros separados en todo el cableado interno.,
- Las casas urbanas y suburbanas más antiguas en el Reino Unido tienden a tener suministros TN-S, con la conexión a tierra entregada a través de la envoltura de plomo de un cable subterráneo de plomo y papel.
- Las casas más antiguas en Noruega utilizan el sistema de TI, mientras que las casas más nuevas utilizan TN-C-s.
- Algunas casas más antiguas, especialmente las construidas antes de la invención de los disyuntores de corriente residual y las redes de área doméstica cableadas, utilizan un arreglo TN-C interno. Esto ya no es una práctica recomendada.,
- Las salas de laboratorio, las instalaciones médicas, las obras de construcción, los talleres de Reparación, las instalaciones eléctricas móviles y otros entornos que se suministran a través de generadores de motores donde hay 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 utilizado solo por sistemas de ti médicos, ferroviarios o militares, debido al costo).,
- en áreas remotas, donde el costo de un conductor de 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 aéreo por, digamos, una rama de árbol caída. Los suministros de TT A propiedades individuales también se ven en la mayoría de los sistemas TN-C-S donde una propiedad individual se considera inadecuada para el suministro de TN-C-s.,
- en Australia, Nueva Zelanda e Israel el sistema TN-C-S está en uso; sin embargo, las reglas de cableado establecen que, además, cada cliente debe proporcionar una conexión separada a tierra, a través de un electrodo de tierra dedicado. (Todas las tuberías metálicas de agua que entren en los locales del consumidor también deben estar «unidas» al punto de puesta a tierra en el cuadro/Panel de distribución.) En Australia y Nueva Zelanda la conexión entre la barra de tierra protectora y la barra Neutral en la centralita/Panel principal se llama el enlace neutro de tierra múltiple o enlace de hombres., Este MEN Link es extraíble para fines de prueba de instalación, pero está conectado durante el servicio normal por un sistema de bloqueo (tuercas de seguridad, por ejemplo) o dos o más tornillos. En el sistema de hombres, la integridad del Neutral es primordial. En Australia, las nuevas instalaciones también deben unir el concreto de cimentación que se refuerza bajo áreas húmedas al conductor de tierra de protección (AS3000), típicamente aumentando el tamaño de la puesta 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 cualquier trabajo de actualización. La tierra protectora entrante / conductor neutro se conecta a una barra Neutral (ubicada en el lado del cliente de la conexión neutral del medidor de electricidad) que luego se conecta a través del enlace de hombres del cliente a la barra de tierra; más allá de este punto, la tierra protectora y los conductores neutros están separados.