Esquema TN
El esquema TN, en España, puede usarse si el centro de transformación es de abonado (del cliente). También, puede establecerse en parte o partes de una instalación alimentada directamente de una red de distribución pública mediante el uso de transformadores adecuados.
De todos los sistemas de conexión del neutro y de las masas, el esquema TN es el único que no tiene puesta a tierra en la instalación receptora. Esto lo convierte en el más simple de todos.
En el esquema TN el neutro del transformador está conectado a tierra y las masas metálicas de los receptores están conectadas al neutro mediante conductores de protección. Es decir, no hay puesta a tierra en la instalación receptora, estando dicha puesta a tierra en el neutro del transformador.
Las corrientes de defecto Id fase-masa son corrientes de cortocircuito. Además, estas corrientes no circulan por el suelo.
El régimen TN, en España se emplea en un reducido número de instalaciones. Existen 3 variantes de régimen de neutro diferenciadas por una tercera letra:
● Esquema TN-S: el conductor de neutro N y el conductor de protección CP están separados. Es el más utilizado.
● Esquema TN-C: el conductor de neutro N y el de protección CP son el mismo conductor. Este conductor recibe la denominación de CPN o PEN.
● Esquema TN-C-S: mixto, el esquema TN-C debe situarse siempre aguas arriba del esquema TN-S.
Un esquema TN-C-S es realmente una evolución del esquema TN-C. En una parte del sistema, generalmente en la red de distribución, el conductor de protección y el neutro están combinados en un único conductor, siendo un sistema TN-C. Sin embargo, en la parte de la instalación interior se separa el conductor de protección del neutro, convirtiéndose en un sistema TN-S.
Contenidos
Valor de la Corriente de Defecto en el Esquema TN
En el esquema TN, una corriente de defecto Id fase-masa es una corriente de cortocircuito. Por ello, es importante cortar la corriente rápidamente para evitar daños a los equipos e instalaciones. Así, se minimiza el riesgo de incendios y accidentes eléctricos.
Vamos a ver con un ejemplo qué valor aproximado puede tener la corriente de defecto Id cuando se produce un defecto de una fase a masa en un esquema TN:
Concretamente, analizamos la corriente de defecto Id en un esquema TNS, en el que esta corriente circula por el cable de protección CP. En este esquema el conductor neutro N y el conductor de protección CP están separados:
Para facilitar el cálculo solamente tenemos en cuenta la resistencia de la fase L en defecto y del conductor de protección CP. Suponiendo ambos conductores de cobre y XLPE, con longitud de 100 m y sección de 50 mm2 cada uno (γ90ºC = 44 m / Ω mm2), la resistencia de cada conductor será:
Aplicando la ley de Ohm, la corriente de defecto Id será:
Si para simplificar, consideramos que la persona está expuesta a una tensión de contacto Vc igual a la tensión de defecto Vd, las tensiones de contacto VC y de defecto Vd serán:
Vemos que esta tensión es claramente superior a la tensión de seguridad VL (de 50 o 24 V). Por tanto, es preciso cortar obligatoriamente. Además, debido a la corriente tan elevada, el corte ha de ser instantáneo.
Condición del Corte Automático de la Alimentación
En la práctica, todo se desarrolla como si se produjera un cortocircuito entre fase y neutro. El elemento de protección contra sobreintensidades, típicamente el interruptor automático situado aguas arriba, disparará y cortará la alimentación.
Puesto que la corriente de defecto Id depende de la longitud de las líneas, es necesario comprobar que esta corriente sea superior al umbral de funcionamiento del interruptor magnetotérmico Ia para que corte de forma instantánea (para IA tipo C, Ia = 10 IN).
Si los cables son de gran longitud, la impedancia será muy grande. Esto puede provocar que la corriente de defecto Id no dispare las protecciones de sobreintensidad (magnetotérmico o fusible). Una solución es la utilización de los interruptores diferenciales de baja sensibilidad (I∆N ≥ 1 A).
La ITC-BT-24 dice que para la protección a contactos indirectos CI en un esquema TN, la condición del corte automático para un defecto fase-tierra o fase-masa será:
siendo:
Zs = impedancia del bucle de defecto, que incluye impedancia de la fuente ZB, impedancia del conductor activo ZL (fase) hasta el punto de defecto e impedancia del conductor de protección RCP desde el defecto hasta la fuente.
Ia = corriente que abre el dispositivo de corte automático (interruptor automático, fusible o interruptor diferencial) en el tiempo máximo permitido (ver tabla siguiente). En caso de utilización de un dispositivo de corriente diferencial-residual (interruptor diferencial) es la sensibilidad I∆N.
Uo = tensión fase-tierra.
Es decir, ocurre algo parecido a lo que sucedía en un segundo defecto en el esquema IT, en el que la corriente de defecto Id se cierra por los cables de la alimentación.
Operando con la expresión anterior se obtiene:
Es decir, que la corriente de defecto Id es:
Se observa que se ha aplicado la Ley de Ohm. La corriente de defecto Id es el voltaje dividido por la impedancia del bucle de defecto Zs o impedancias que recorre dicha corriente.
Se tratará de asegurarnos de que la intensidad de defecto Id sea siempre mayor que la Ia de corte rápido del elemento de protección (del IA, del diferencial o del fusible).
Tiempo Máximo de Corte de la Alimentación en el Esquema TN
El tiempo máximo permitido de corte del dispositivo de protección, según la ITC-BT-24, depende de la tensión nominal de la instalación y de si el neutro se distribuye o no. Los tiempos se muestran en la siguiente tabla (que es la misma que para un segundo defecto en un esquema IT).
Dispositivo de Corte Automático en el Esquema TN
Para garantizar el corte automático de la instalación ante una corriente de defecto Id fase-masa en el esquema TN, podemos emplear tanto el interruptor automático (mediante su zona magnética), el interruptor diferencial (por su sensibilidad) como el fusible (por su tiempo de fusión):
– Interruptor automático: su zona magnética debe asegurar un tiempo de disparo inferior al establecido en la tabla anterior. La corriente de disparo “Ia” dependerá de la curva característica del magnetotérmico. Tomaremos el umbral de disparo seguro del magnetotérmico de acuerdo al tipo de curva de este (5 · In para tipo B, 10 · In para tipo C y 20 · In para tipo D).
– Interruptor diferencial: actúa instantáneamente ante cualquier corriente de defecto que supere su sensibilidad, garantizando siempre un tiempo de disparo inferior al de la tabla.
– Fusible: la corriente de fusión “Ia”, se determina mediante la curva característica del fusible. Para ello, se localiza el tiempo límite de la tabla anterior en el eje vertical de la curva y se determina la corriente de fusión "Ia" correspondiente en el eje horizontal.
En cualquier caso, si el dispositivo de corte es un interruptor automático, o un diferencial, se deberá tener en cuenta si estos dispositivos tienen programado un retardo de disparo.
Ejercicios Resueltos del Esquema TN: Condición del Corte Automático con Magnetotérmicos, Fusibles y Diferenciales
A continuación, se presentan 2 ejercicios resueltos del Esquema TN sobre la condición del corte automático para la protección a contactos indirectos mediante magnetotérmicos, fusibles y diferenciales:
Ventajas e Inconvenientes del Esquema TN
El sistema TN es relativamente simple y económico de implementar, ya que implica la conexión directa del neutro y las masas a tierra en un solo punto. Esto simplifica la instalación y reduce los costes asociados.
Este esquema es muy adecuado para líneas que tengan gran corriente de fuga a través de los cables, de forma natural. Es adecuado para receptores con bajo aislamiento natural (hornos) o con filtros de HF importantes (grandes ordenadores). Además, es poco susceptible a las perturbaciones electromagnéticas.
Como inconvenientes, podríamos indicar que no es adecuado para instalaciones donde exista un alto riesgo de incendio. Esto es debido al elevado valor de la intensidad de defecto Id.
También, que la complejidad del cálculo, el diseño y la selección de los dispositivos de protección requieren una mayor atención, al igual que las modificaciones o ampliaciones, las cuales deben ser realizadas exclusivamente por personal competente.
Además, la pérdida de continuidad del conductor de protección representa un riesgo importante de seguridad en caso de contacto indirecto, porque deja las masas o carcasas metálicas en tensión:
- Magnetotérmico: en esta situación un magnetotérmico no actuaría y la persona estaría expuesta al riesgo de electrocución. Sería necesario la instalación adicional del interruptor diferencial.
- Diferencial de alta sensibilidad (30 mA o 10 mA): protegería a las personas adecuadamente, pero no podría ser efectivo para instalaciones industriales con líneas que tengan gran corriente de fuga de forma natural. Se deberían instalar otros dispositivos de protección complementarios, como los relés de vigilancia de aislamiento.
Utilización del Esquema TN
En general, el sistema TN es más común en instalaciones industriales o privadas que en redes de distribución públicas.
Además, en redes públicas de distribución, las instalaciones pueden ser menos predecibles y más dispersas. La resistencia de los conductores de protección puede variar, lo cual haría menos efectiva la protección para cada usuario con un sistema TN.
Es posible monitorear y realizar revisiones periódicas de todas las conexiones de tierra en un entorno industrial . En cambio, en redes de distribución pública, el mantenimiento y el control continuo de la red de tierra para cada usuario es más complejo y menos práctico.
En España, el esquema TN se utiliza en muchas industrias con receptores que presentan corrientes de fuga importantes.
No obstante, en distribución pública, se usa el sistema TNS en muchos países de Europa (Reino Unido, Alemania, países nórdicos, etc.) y el sistema TN-C-S en Australia, Estados Unidos, Canadá, algunas regiones de China y en otros países de Asia. El esquema TNC se encuentra en algunas redes antiguas de algunos países, pero está siendo reemplazado por sistemas más seguros.
Además, el esquema TN-C-S es común en instalaciones privadas en muchos países.
Preguntas Frecuentes sobre el Esquema TN
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