Una guía completa sobre sistemas de puesta a tierra

Un sistema de aterramiento, también conocido como sistema de puesta a tierra, conecta partes específicas de un sistema de energía eléctrica con la tierra, generalmente la superficie conductora de la Tierra, por razones de seguridad y funcionales. La elección del sistema de aterramiento puede afectar la seguridad y la compatibilidad electromagnética de la instalación. Las regulaciones para los sistemas de aterramiento varían entre países, aunque la mayoría sigue las recomendaciones de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC). En este artículo, explicaremos los diferentes tipos de sistemas de aterramiento, sus ventajas y desventajas, y cómo diseñar e instalarlos.

¿Qué es un Sistema de Aterramiento?

Un sistema de aterramiento se define como un conjunto de conductores y electrodos que proporcionan una ruta de baja resistencia para que la corriente eléctrica fluya hacia la tierra en caso de fallo o mal funcionamiento. Esto es importante por varias razones:

• Protección del equipo: Un sistema de aterramiento ayuda a proteger el equipo eléctrico de daños debido a sobretensiones o condiciones de cortocircuito. También previene la acumulación de estática y las sobretensiones causadas por rayos cercanos o operaciones de conmutación.

• Protección de las personas: Un sistema de aterramiento ayuda a prevenir riesgos de descargas eléctricas asegurando que las partes metálicas expuestas de las instalaciones eléctricas estén al mismo potencial que la tierra. También facilita la operación de dispositivos protectores como interruptores automáticos o dispositivos de corriente residual (RCD) que pueden desconectar el suministro en caso de fallo.

• Punto de referencia: Un sistema de aterramiento proporciona un punto de referencia para los circuitos y equipos eléctricos para que puedan operar a un nivel de voltaje seguro con respecto a la Tierra. Esto asegura que cualquier energía eléctrica no utilizada por la carga se disipe de manera segura a la tierra.

Tipos de Sistemas de Aterramiento

BS 7671 enumera cinco tipos de sistemas de aterramiento: TN-S, TN-C-S, TT, TN-C y IT. Las letras T y N significan:

• T = Tierra (del francés Terre)

• N = Neutro

Las letras S, C e I significan:

• S = Separado

• C = Combinado

• I = Aislado

El tipo de sistema de aterramiento se determina por cómo se conecta la fuente de energía (como un transformador o un generador) a la tierra y cómo se conecta el terminal de aterramiento del consumidor a la fuente o a un electrodo de tierra local.

Sistema TN-S

Un sistema TN-S, mostrado en la Figura 1, tiene el neutro de la fuente de energía conectado a tierra en un solo punto, en o lo más cerca posible de la fuente. El terminal de aterramiento del consumidor suele estar conectado a la cubierta metálica o armadura del cable de servicio del distribuidor hasta las instalaciones.

Figura 1: Sistema TN-S

Las ventajas de un sistema TN-S son:

• Proporciona una ruta de baja impedancia para las corrientes de falla, lo que asegura una rápida operación de los dispositivos protectores.

• Evita cualquier diferencia de potencial entre el neutro y la tierra dentro de las instalaciones del consumidor.

• Reduce el riesgo de interferencia electromagnética debido a corrientes de modo común.

Las desventajas de un sistema TN-S son:

• Requiere un conductor protector (PE) separado junto con los conductores de suministro, lo que aumenta el costo y la complejidad del cableado.

• Puede verse afectado por la corrosión o daño a la cubierta metálica o armadura del cable de servicio, lo que puede comprometer su eficacia.

Sistema TN-C-S

Un sistema TN-C-S, mostrado en la Figura 2, tiene el conductor neutral de suministro de una línea de distribución principal conectado a tierra en la fuente y a intervalos a lo largo de su recorrido. Esto se conoce generalmente como aterramiento múltiple protector (PME). Con esta disposición, el conductor neutral del distribuidor también se utiliza para devolver las corrientes de falla que surgen en la instalación del consumidor de manera segura a la fuente. Para lograr esto, el distribuidor proporcionará un terminal de aterramiento del consumidor, que está vinculado al conductor neutral entrante.

Figura 2: Sistema TN-C-S

Las ventajas de un sistema TN-C-S son:

• Reduce el número de conductores necesarios para el suministro, lo que disminuye el costo y la complejidad del cableado.

• Proporciona una ruta de baja impedancia para las corrientes de falla, lo que asegura una rápida operación de los dispositivos protectores.

• Evita cualquier diferencia de potencial entre el neutro y la tierra dentro de las instalaciones del consumidor.

Las desventajas de un sistema TN-C-S son:

• Puede crear un riesgo de descarga eléctrica si hay una ruptura en el conductor neutral entre dos puntos de tierra, lo que puede causar un aumento en el voltaje de contacto en las partes metálicas expuestas.

• Puede causar corrientes no deseadas en tuberías o estructuras metálicas que están conectadas a la tierra en diferentes puntos, lo que puede resultar en corrosión o interferencia.

Sistema TT

Un sistema TT, mostrado en la Figura 3, tiene tanto la fuente como la instalación del consumidor conectados a tierra a través de electrodos separados. Estos electrodos no tienen ninguna conexión directa entre ellos. Este tipo de sistema de aterramiento es aplicable tanto para instalaciones trifásicas como monofásicas.

Figura 3: Sistema TT

Las ventajas de un sistema TT son:

• Elimina cualquier riesgo de descarga eléctrica debido a una ruptura en el conductor neutral o al contacto entre conductores vivos y partes metálicas a tierra.

• Evita cualquier corriente no deseada en tuberías o estructuras metálicas que están conectadas a la tierra en diferentes puntos.

• Permite una mayor flexibilidad en la elección de la ubicación y tipo de electrodos de tierra.

Las desventajas de un sistema TT son:

• Requiere un electrodo de tierra local efectivo para cada instalación, lo que puede ser difícil o costoso de lograr dependiendo de las condiciones del suelo y la disponibilidad de espacio.

• Requiere dispositivos de protección adicionales como RCDs o ELCBs operados por voltaje para garantizar una desconexión confiable en caso de fallo.

• Puede resultar en voltajes de contacto más altos en partes metálicas expuestas debido a una mayor impedancia de bucle de tierra.

Sistema TN-C

Un sistema TN-C, mostrado en la Figura 4, combina las funciones neutrales y protectoras en un solo conductor a lo largo del sistema. Este conductor se llama PEN (neutro de protección a tierra). El terminal de aterramiento del consumidor está conectado directamente a este conductor.

Figura 4: Sistema TN-C

Las ventajas de un sistema TN-C son:

• Reduce el número de conductores necesarios para el suministro, lo que disminuye el costo y la complejidad del cableado.

• Proporciona una ruta de baja impedancia para las corrientes de falla, lo que asegura una rápida operación de los dispositivos protectores.

Las desventajas de un sistema TN-C son:

• Crea un riesgo de descarga eléctrica si hay una ruptura en el conductor PEN o si entra en contacto con partes vivas debido a un fallo de aislamiento.

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