Esquema TN
El esquema TN puede usarse si el centro de transformación es de abonado (del cliente), o también, 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, por lo que es 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.
● Esquema TN-C-S: mixto, el esquema TN-C debe situarse siempre aguas arriba del esquema TN-S.
Índice
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 como para minimizar 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 TN-S, 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 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 contacto en el esquema IT.
Operando con la expresión anterior se obtiene:
Es decir, que la corriente de defecto Id se puede calcular como:
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
Como se dijo para el segundo defecto en el esquema IT, si el dispositivo de corte es un interruptor automático, o un diferencial, la corriente “Ia” asegura un disparo rápido inferior a los tiempos de corte que se indican en la tabla correspondiente de la ITC-BT-24. En cualquier caso, se deberá tener en cuenta si estos dispositivos tienen programado un retardo de disparo.
Si fuera un fusible, su tiempo de fusión deberá ser también muy corto, debiendo asegurarnos que está por debajo del tiempo que se indica en la tabla. En este caso, para obtener “Ia” y aplicar la condición, entraríamos en la gráfica de fusión del fusible con el tiempo correspondiente de esta tabla. Así, obtendríamos la intensidad de fusión “Ia” correspondiente a ese tiempo máximo.
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 esquema 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. El cálculo es complejo y se requiere mayor atención en el diseño y selección de los dispositivos de protección.
Se debe tener especial cuidado en las modificaciones o ampliaciones, que deben ser realizadas por personal competente.
Utilización del Esquema TN
En general, el esquema TN es el sistema de conexión del neutro y de las masas más utilizado en redes de distribución pública de baja tensión BT a nivel mundial. Esto es debido a su simplicidad, bajo coste, facilidad de implementación y eficacia.
En España, el esquema TN se utiliza en muchas industrias con receptores que presentan corrientes de fuga importantes.
Se usa en muchos países de Europa (Rusia, Polonia, Alemania, países bálticos, etc.), de América del Norte (Estados Unidos, Canadá, etc.) o de América Latina (Brasil, Argentina, Chile, México, etc.).
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