UCFACULTAD DE ELECTROMECANICADEPARTAMENTO DE ELCTRICAAutores: M.Sc. Alfredo E. Gonzlez Dign.M.Sc. Davel Borges Vasconcellos.2010CURSO Protecciones Elctricas.PARTE II. Sistemas de Distribucin del neutro

TemticasIntroduccin.Clasificacin de los sistemas de tierra.Sistema de distribucin del neutro.Caractersticas de los sistemas de distribucin del neutroEjemplos.

Introduccin.El problema de si el neutro debe ser aterrado y cmo debe aterrarse, en ocasiones no ha tenido el anlisis ingeniero ni la completa comprensin que merece, ya que el aterramiento de muchos sistemas se ha basado en experiencias anteriores y criteriales. El objetivo de un sistema de tierra es garantizar la proteccin de la vida de las personas y animales que pueden estar sometidos a tensiones peligrosas. Tambin es necesario proteger los equipos que deben ser valorados desde el punto de vista econmico.

IntroduccinConvencionalmente se asigna para el cuerpo humano un valor medio de 2500 ohm pero puede verificarse valores de 150 ohm y menos en condiciones muy desfavorables.Divisor de corriente

TotalRcReIcIeNo todas las personas son igualmente sensibles al paso de la corriente elctrica, en general las mujeres y los nios son ms sensibles. La resistencia esta concentrada principalmente en la piel, si la piel esta mojada, se vuelve conductora y la resistencia del cuerpo se reduce notablemente.

Curva de peligrosidad Zona de PeligroUna corriente elctrica es ms peligrosa cuanto mayor es el tiempo que recorre el cuerpo.

Sistemas de distribucin

Clasificacin para su estudio - Aterramiento de las partes metlicas portadoras de corriente (generadores, transformadores.)- Sistemas de distribucin del neutro (conductores de alimentacin.)- Aterramiento de las partes metlicas no portadoras de corriente (carcasa de equipos metlicos, pasamanos de escaleras.)

Sistemas de distribucin

El aterramiento de las partes metlicas portadoras de corriente pueden ser:Tipos de sistemas de tierraAislados.Solidamente aterradoAterrados a travs de resistenciaAterrados a travs de reactancia.

Sistemas de tierraSistemas aislados.No existe conexin intencional entre sus conductores y tierra, aunque siempre existe un acople por capacitores entre los conductores y tierra.

Caractersticas de los sistemas de aterramiento Se puede operar el circuito bajo una falla monofsica.Difcil localizacin de la falla. Existen sobrevoltajes que pueden ser desarrollados por repetitivos golpeteos del arco durante interrupciones de una falla lnea a tierra.Estos sobrevoltajes pueden causar fallas de aislamiento en otro lugar del sistema fuera del punto de falla, provocando una segunda falla. Los sobrevoltajes pueden ser un 73 % mayores que el nominal.La Icc puede tener unos pocos amperes (hasta 25 o ms en los grandes sistemas). Por lo que Icc< IcSi se utilizan pararrayos en lneas areas no pueden ser conectados al neutro Sistemas aislados

Sistemas de tierraSistemas solidamente aterrados.Es una unin metlica (baja impedancia) sin fusibles ni proteccin entre una parte de la instalacin (el centro de la estrella) y el sistema de tierra (un electrodo o placa metlica), asegurndose que estn prcticamente al mismo potencial de tierra

Caractersticas de los sistemas de aterramiento La corriente de cortocircuito monofsica debe estar entre un 25 % y un 100 % por encima de la trifsica y est en el orden de los 10000 a 40000 amperes.Se pueden usar pararrayos aterrados al neutro del sistema cuando est aterrado a travs de una baja impedancia. Simplificacin de la localizacin de la falla.Mejora la seguridad del personal y los equipos.Reducen la magnitud de los transcientes de voltaje.Operacin de las protecciones convencionales de sobrecorrientes.No se puede operar el circuito en condiciones de falla.Sistemas solidamente aterrados

Sistemas de tierraSistemas aterrados a travs de resistencia.Existe conexin intencional entre sus conductores y tierra, la conexin es realizada a travs de una resistencia de tierra.

Caractersticas de los sistemas de aterramiento La Icc monofsica (mayor 50 A). Por lo que Icc > IcSe reducen peligros de shocks elctricos al personal, causados por Icc1 Se reducen tensiones mecnicas en circuitos y aparatos.Se reducen efectos de quemados y derretidos del equipamiento, tales como interruptores principales, cables y mquinas rotatorias. La Icc monofsica se reduce en un 5 y 20 % de la Icc trifsica.Sistemas aterrados a travs de resistencia

Sistemas de tierraSistemas aterrados a travs de reactancia.Existe conexin intencional entre sus conductores y tierra, la conexin es realizada a travs de una reactancia de tierra.

Caractersticas de los sistemas de aterramiento La magnitud de la reactancia en el circuito neutro determina cun slidamente est aterrado y la Icc1 es una funcin de la reactancia del neutro.

Reactancia de alto valor (La Icc monofsica se reduce en un 5 y 25 % de la Icc trifsica)Reactancia de bajo valor (La Icc monofsica se reduce en un 25 y 100 % de la Icc trifsica)

Sistemas aterrados a travs de reactancia.

Sistemas de distribucin

IntroduccinEn algunos pases europeos, con destacada participacin de Francia, se inici la clasificacin de los sistemas de distribucin elctrica y posteriormente la IEC (Comisin Electrotcnica Internacional) lleg a acuerdos acerca del tema, los que fueron recogidos en la publicacin IEC 3643. Nuestro objetivo es divulgar el contenido de estas normas, as como las particularidades de los sistemas de distribucin, sealando para cada uno de ellos los requisitos que deben cumplirse.

Clasificacin - Primera letra: Es la relacin entre el sistema de suministro y la tierra.- Segunda letra: Es la relacin entre la conexin a tierra de las partes conductoras accesibles de la instalacin y la tierra del sistema. - Sistema TT- Sistema IT- Sistema TNTN CTN S CTN S

Nomenclatura Segunda letra (T o N):Primera letra (T o I): T- Uno de los puntos del sistema, generalmente el neutro, se conecta directamente a tierra. I- Todas las partes activas del sistema estn aisladas de tierra o un punto del sistema se conecta a tierra a travs de una impedancia de alto valor. T- Las partes conductoras accesibles de la instalacin estn directamente conectadas a tierra y esa tierra es elctricamente independiente de la tierra del sistema. N- Las partes conductoras accesibles de la instalacin estn directamente conectadas al punto del sistema conectado a tierra y ese punto en los sistemas de corriente alterna generalmente es el neutro.

Nomenclatura Letras subsiguientes (C o S)S- Las funciones de neutro y de proteccin se realizan por conductores separados. C- Las funciones de neutro y de proteccin estn combinadas en un solo conductor (conductor PEN). NomenclaturaT- Tierra I - Aislamiento N- Neutro S- SeparadoC- Combinado N - Conductor neutroPE - Conductor de proteccin PEN - Conductor con funciones de proteccin (PE) y de neutro (N) combinadas; est aceptada y es ampliamente utilizada la versin corta, conductor PEN. L1; L2; L3 - conductores de fase 1, 2 y 3.

Caractersticas Sistema TN: Tiene un punto del sistema conectado directamente a tierra. Las partes conductoras accesibles de la instalacin se conectan directamente al punto de tierra del sistema mediante un conductor de proteccin.Sistema IT: Ningn punto del sistema est conectado directamente a tierra. Las partes conductoras accesibles de la instalacin estn conectadas a tierra.Sistema TT: Tiene un punto del sistema conectado directamente a tierra. Las partes conductoras accesibles de la instalacin estn conectadas directamente a una tierra, elctricamente independiente de la tierra del sistema.

Sistema TN S 3f

Sistema TN S 1f

Sistema TN C 3f

Sistema TN C 1f

Sistema TN S - C 3f

Sistema TN S - C 1f

Sistema TT - 3f

Sistema TT - 1f

Sistema IT - 3f

Sistema IT - 1f

Seccin de los conductores PE y PEN

Consideraciones de los sistemas de distribucin del neutroEl sistema de distribucin que se va a utilizar en una instalacin tambin puede estar prefijado por una regulacin o norma y en otros casos, la eleccin queda en manos del proyectista. La eleccin ser ms acertada mientras ms dominio se tenga del tema y mejor se conozcan los requisitos tecnolgicos. Puede afirmarse que no hay sistema de distribucin malo, en todo caso mala o buena ser la decisin que se tome al seleccionar un sistema de distribucin para una instalacin determinada.La unin entre el conductor PE y el conductor N del sistema es obligatoria y solamente puede realizarse en un punto, por razones prcticas ese punto se ubica en el Centro General de Distribucin (CGD) uniendo mediante barra.

Sistema de proteccin para TN-SEste sistema utiliza:5 conductores (L1, L2, L3, N y PE) para los circuitos trifsicos con cargas monofsicas de 120 V4 conductores (L1, L2, L3 y PE) para los circuitos trifsicos que carezcan en absoluto de cargas monofsicas a 120 V3 conductores (L, N y PE) para los circuitos monofsicos a 120 V.Dispositivos de proteccin:Tripolares, para los circuitos trifsicosMonopolares, para los circuitos monofsicos. Es posible y recomendable implementar la proteccin de falla a tierra; el cdigo norteamericano (NFPA 7093) y el canadiense (C22.11982) lo exigen para algunos casos en los sistemas slidamente conectados a tierra.

Sistema de proteccin para TN - CEste sistema utiliza:4 conductores (L1, L2, L3 y PEN) si el circuito es trifsico conductores 2 conductores (L y PEN) si el circuito es monofsico Dispositivos de proteccin:Tripolares, para los circuitos trifsicosMonopolares, para los circuitos monofsicos. Es posible y recomendable implementar la proteccin de falla a tierra; el cdigo norteamericano (NFPA 7093) y el canadiense (C22.11982) lo exigen para algunos casos en los sistemas slidamente conectados a tierra.

Sistema de proteccin para TTEste sistema utiliza:4 conductores (L1, L2, L3 y N) para los circuitos trifsicos con cargas monofsicas a 230 V 3 conductores (L1, L2 y L3) para los circuitos trifsicos sin cargas monofsicas a 230 V. 2 conductores (L y N) para los circuitos monofsicos. Dispositivos de proteccin:tripolares, para los circuitos trifsicos sin neutro tetrapolares, para los circuitos trifsicos con neutro. bipolares, para los circuitos monofsicos .Breakers, dotados obligatoriamente de dispositivos de corriente residual diferencial, al menos en los primeros escalones de la instalacin. Breakers + Interruptores diferenciales.

Sistema de proteccin para ITEste sistema utiliza:3 conductores (L1, L2 y L3) Las partes conductoras accesibles se conectan a un conductor de proteccin PE 2 conductores (L, N) para los circuitos monofsicos (neutro distribuido)Dispositivos de proteccin:Los dispositivos de desconexin y proteccin son tripolares. La instalacin debe controlarse permanentemente por un dispositivo que sealice de forma automtica la existencia de una falla del aislamiento. . Debe colocarse un limitador de sobretensin en la salida secundaria del transformador, para proteger la instalacin contra una falla por el pase de la alta tensin a la baja tensin debido a un aislamiento defectuoso a nivel del transformador

Caractersticas de los sistemas TNDesaparece el problema de las tomas de tierra y sus resistencias.Se reduce considerablemente la impedancia del circuito de falla a tierra.Se reduce el valor de la tensin de contacto.La localizacin de una falla es fcil, ya que hay desconexin en todos los casos de contacto directo.Las protecciones en la mayora de los circuitos se realizan, utilizando solamente dispositivos de proteccin contra las sobrecorrientes.Las protecciones diferenciales tienen un uso muy limitado. Aunque en algunas instalaciones que requieren proteccin de falla a tierra.Los dispositivos de desconexin y de proteccin son tripolares y monopolares.

Caractersticas de los sistemas TTUna falla entre fases o entre fase y neutro provoca el funcionamiento de los interruptores automticos. Una falla entre fase y las partes conductoras accesibles provoca la desconexin inmediata al operar el dispositivo diferencial. De ocurrir una falla entre neutro y las partes conductoras accesibles la corriente a partir del punto de falla se divide en parte por el neutro y en parte por la tierra. Si el valor de la corriente que circula por la tierra es superior a la sensibilidad del interruptor diferencial, este debe interrumpir el circuito fallado. La localizacin de las fallas es inmediata, porque la desconexin se produce inmediatamente en todos los casos de falla quedando sin alimentacin la parte afectada del circuito .Es imprescindible recurrir a los dispositivos de corriente residual diferencial, que estn diseados especialmente para este sistema. Estos dispositivos se deben seleccionar y situar de manera tal que exista entre ellos selectividad para lograr que solo se interrumpa el circuito fallado

Caractersticas de los sistemas ITUna falla entre fases provoca la accin de los dispositivos de proteccin. Una primera falla entre fase y tierra permite mantener el servicio, pero debe sealizarse el defecto, localizarse y eliminarse de inmediato. Con frecuencia, la localizacin de la primera falla es una labor que requiere mucho tiempo, pues hay que seguir un procedimiento de eliminaciones sucesivas. De ocurrir una segunda falla entre la misma fase y tierra, pero en otra parte de la instalacin, la bsqueda resultara an ms difcil. Si la segunda falla ocurre entre otra fase y tierra antes de eliminarse la primera, se provoca la desconexin del circuito por la actuacin de los dispositivos de proteccin La instalacin debe estar controlada permanentemente por un dispositivo que sealice automticamente la existencia de una falla del aislamiento.

Ejemplo de fallo elctrico TN - CAnalicemos qu ocurre cuando accidentalmente se secciona el conductor PEN, estando conectado un equipo receptor monofsico. En estas condiciones las partes conductoras accesibles del equipo receptor quedan a la tensin de fase.

Ejemplo de fallo elctrico TN - CEl riesgo de que esto ocurra es inaceptable. Por ello, las normas exigen separar las funciones de proteccin (PE) y de neutro (N), convirtindose la instalacin en TN-S a partir del punto de separacin. En el caso que nos ocupa, se convierte en una instalacin monofsica de 3 conductores (L, N y PE). En estas condiciones las partes conductoras accesibles del equipo receptor quedan a la tensin de fase.

BibliografaIEC standard voltages. Publication 38. Sixth edition. 1983.American National Standard for Electric Power Systems and Equipment. Voltage Ratings (60 Hertz). ANSI C84.1 1989.CSA Standard: Prefered Voltage Levels for AC Systems, 0 to 50 000 Volts . C 2351969.IEE Wiring Regulations for Electrical Installations. Sixteenth. BS 7671:1992.IEC International Electrotechnical. Vocabulary.Chapter 826: Electrical installations of buildings. Publication 50 (826) 1982.Rgime du neutre: IT, TT ou TN ? Artculo de KlckerMoeller.Distribucin en baja tensin: proteccin de personas. Artculo de Merlin Gerin.Canadian Electrical Code. Part I. C22.11982. Safety Standard for Electrical Installations.National Electrical Code. 1993 Edition. NFPA 70