Esquema TT
El esquema TT es el más utilizado en España. Se emplea en todas las instalaciones domésticas y en la mayoría del resto de instalaciones, llegando a superar el 95% de las instalaciones, aproximadamente.
De todos los sistemas de conexión del neutro y de las masas, el esquema TT es el único posible para instalaciones que se alimenten directamente de una red de distribución pública española.
En el esquema TT el neutro del transformador de alimentación está conectado directamente a tierra, y las masas metálicas de los receptores están unidas a otra toma de tierra independiente.
Índice
- Valor de la Corriente de Defecto en el Esquema TT
- Condición del Corte Automático de la Alimentación en el Esquema TT
- Protección con Dispositivos de Máxima Corriente en el Esquema TT
- Protección con Dispositivos de Corriente Diferencial-Residual en el Esquema TT
- Corte Obligatorio del Neutro en el Esquema TT
- Protección con Dispositivo de Control de Tensión de Defecto en el Esquema TT
- Ventajas e Inconvenientes del Esquema TT
- Utilización del Esquema TT
Valor de la Corriente de Defecto en el Esquema TT
Las corrientes de defecto fase-masa o fase-tierra suelen ser menores que las de cortocircuito, pero todavía pueden provocar tensiones peligrosas en las masas.
Cuando ocurre un defecto de aislamiento fase-masa, se genera una corriente de defecto a tierra Id que se ve influenciada principalmente por la resistencia de las tomas de tierra y la resistencia del neutro de la instalación. También por otras resistencias como las de los cables, la bobina del transformador y las de contacto.
Vamos a ver con un ejemplo qué valor aproximado puede tener la corriente de defecto Id:
Suponemos la tensión del transformador entre fase y neutro de VLN = 230 V. Para simplificar, solo consideramos las resistencias RT = RN = 5 Ω, las cuales tienen un valor mayor que las otras resistencias. La masa estará conectada a la instalación de tierra RT mediante un conductor de protección.
La intensidad de defecto Id será:
Y la tensión de defecto Vd será:
Si consideramos para simplificar que la persona está expuesta a una tensión de contacto Vc igual a la tensión de defecto Vd, observamos que la tensión de 115 V es considerablemente mayor que la tensión límite VL que puede soportar el cuerpo humano (50 V en lugares secos y 24 V en lugares húmedos), lo cual representa un riesgo para las personas.
La corriente Id = 23 A se puede equiparar a una corriente de cortocircuito, pero tiene características tanto débiles como fuertes. Es débil porque prácticamente no activa ningún interruptor automático magnetotérmico. Es fuerte porque genera tensiones de contacto que representan una amenaza para la seguridad de las personas.
Por lo tanto, es necesario instalar al menos un interruptor diferencial en la cabecera de la instalación.
Condición del Corte Automático de la Alimentación en el Esquema TT
La ITC-BT 24 indica que, para la protección a contactos indirectos en un esquema TT, la condición del corte automático para un defecto fase-tierra o fase-masa será:
siendo:
RA = resistencia de la instalación de tierra (incluye la resistencia Rp de los conductores de protección de las masas y RT de la toma de tierra)
Ia = corriente que asegura el funcionamiento automático del dispositivo de protección. Cuando el dispositivo de protección es un dispositivo de corriente diferencial-residual (interruptor diferencial) es la corriente diferencial-residual asignada (sensibilidad I∆N)
U = tensión de contacto límite ó tensión de seguridad (es VL = 50, 24 V u otras)
Para el corte automático se podrían utilizar tanto dispositivos de protección de corriente diferencial-residual (interruptores diferenciales) como dispositivos de protección de máxima corriente (fusibles o interruptores automáticos).
Corte Automático con Múltiples Diferenciales en el Esquema TT
Para una instalación con varios interruptores diferenciales de sensibilidad I∆N, y donde la resistencia de la instalación de tierra RA se ha ajustado para cumplir con la condición RA · Ia < U, existe la posibilidad de que la tensión de defecto Vd pueda exceder la reglamentaria. Esto implica que la tensión de defecto Vd podría exceder la tensión de contacto límite de 50 y 24 V, según el tipo de local.
Si analizamos el siguiente esquema, se observa que pueden existir corrientes de fuga o de defecto a tierra por cada uno de los 4 circuitos, If1, If2, If3 e If4, sin que ninguna de ellas supere la sensibilidad de su correspondiente diferencial.
En esta situación, es posible que, si consideramos “Ia” como la sensibilidad de uno solo de ellos, es decir, 30 mA, se cumpla que RA · Ia < U. Sin embargo, si tomamos la máxima corriente que realmente puede existir, que es 30 mA · 4 = 120 mA, podría ocurrir que RA · Ia > U.
Como las masas están todas conectadas al mismo potencial, por estar unidas entre sí mediante los conductores de protección, estas podrían alcanzar una tensión mucho mayor que U (tensión de contacto límite VL = 50, 24 V u otras).
En tal caso, ningún diferencial abriría. No estaríamos garantizando una protección adecuada conforme a la condición del corte automático para la protección contra contactos indirectos.
Solución para el Corte Automático con Múltiples Diferenciales en el Esquema TT
Para eliminar esta posibilidad tendremos que tomar para el cálculo, el valor de la suma de las sensibilidades de los diferenciales implicados. Debemos tener en cuenta todos los caminos que pueden recorrer las intensidades de defecto, de acuerdo a la sensibilidad de cada uno.
Por tanto, para n diferenciales, la sensibilidad que debemos tomar en la fórmula anterior sería:
Teniendo esto en cuenta, el hecho de considerar un valor mayor de sensibilidad “Ia” en la condición de corte RA · Ia > U, nos obligará a tomar un valor menor de la resistencia de tierra RA, para que no se supere el valor de la tensión de contacto límite U.
No obstante, tendremos varias opciones para disminuir el producto de RA · Ia. Podríamos conseguirlo de las siguientes maneras:
● Disminuyendo la resistencia de tierra: aumentar el número de electrodos o las dimensiones de los mismos disminuye la resistencia de tierra RA. Esta solución no siempre es viable.
● Instalando diferenciales más sensibles: al instalar diferenciales con valores de sensibilidad IΔN más bajos disminuimos “Ia”. Esto solo sería válido en terrenos que tengan baja resistividad (y por tanto baja resistencia de tierra). El diferencial que esté aguas más abajo podría disparar con tensiones de defecto excesivamente bajas.
● Instalando un diferencial adecuado en la cabecera de la instalación: este dispositivo detectará la resultante de todas las fugas y la condición RA · Ia < U se aplicará a este único diferencial.
Instalación de Diferenciales en Serie
Como hemos visto, una de las formas de cumplir la condición del corte automático en instalaciones con muchos diferenciales es la colocación de un diferencial adecuado en la cabecera de la instalación.
Este diferencial situado en cabecera quedará en serie con todos los situados aguas abajo. Será a este interruptor diferencial al que se aplicará la condición de corte automático de la instalación.
Por ejemplo, en la siguiente instalación se ha situado un diferencial en cabecera de 1 A de sensibilidad. Este diferencial está en serie con 5 diferenciales de 300 mA de sensibilidad. En este caso, la sensibilidad “Ia” que tomaríamos para la condición de corte automático de la instalación sería de 1 A.
El motivo es que, aunque los 5 diferenciales de 300 mA podrían dejar pasar hasta 1,5 A (300 mA · 5 = 1.500 mA = 1,5 A), el ID principal solo dejaría que pase una corriente diferencial de 1 A.
No obstante, otro motivo para decidir la colocación de un diferencial en cabecera puede ser para proporcionar una capa adicional de protección contra corrientes de defecto a tierra. En caso de fallo en alguno de los diferenciales situados aguas abajo, el diferencial situado aguas arriba abrirá la instalación.
Protección de Diferenciales
Cualquier interruptor diferencial debe estar protegido por un elemento de protección contra sobreintensidades, normalmente mediante un interruptor automático. De este modo, se asegura la protección del diferencial ante sobrecargas o cortocircuitos que puedan ocurrir en los circuitos conectados aguas abajo.
La intensidad nominal del interruptor diferencial deberá ser igual o superior que la intensidad nominal del interruptor automático que lo protege, siempre ajustándolo al valor comercial superior más cercano. Si lo pusiéramos mayor todavía, lo estaríamos sobredimensionando.
Por ejemplo, si instalamos un interruptor automático de 32 A, el interruptor diferencial no podrá ser de 25 A de intensidad nominal. Una intensidad de 30 A no abriría el interruptor automático y podrá quedar dañado. El diferencial adecuado debería ser de 40 A. Utilizar un diferencial de 63 A sería un exceso, por lo que estaríamos sobredimensionándolo.
Ejercicio Resuelto del Esquema TT: Condición del Corte Automático con Diferenciales en Serie
A continuación, se presenta 1 ejercicio resuelto del esquema TT sobre la condición del corte automático en una instalación con 2 diferenciales en serie:
Protección con Dispositivos de Máxima Corriente en el Esquema TT
En general si queremos utilizar un fusible o interruptor automático para protegernos a CI, la resistencia RA deberá tener un valor excesivamente bajo.
Por ejemplo, suponemos un local seco en el que se instala un magnetotérmico de 25 A, tipo C. Como la corriente que abre el interruptor automático instantáneamente “Ia” (disparo magnético) sería de 10 IN, la resistencia de la instalación de tierra RA debería ser:
Valor que es casi imposible de conseguir.
Por eso en la práctica, en el esquema TT, NO podemos asegurar la protección a CI mediante fusibles o interruptores magnetotérmicos.
Protección con Dispositivos de Corriente Diferencial-Residual en el Esquema TT
Con un interruptor diferencial es muy fácil protegernos a contactos indirectos. Por ejemplo, para un interruptor diferencial de sensibilidad de I∆N = 30 mA y considerando un local seco, la resistencia de la instalación de tierra RA debería ser:
Valor que es muy fácil de conseguir en la práctica.
Por eso, en el esquema TT siempre aseguramos la protección a contactos indirectos mediante interruptores diferenciales. Para viviendas es obligatorio el uso del interruptor diferencial de sensibilidad mínima de I∆N = 30 mA.
No obstante, es importante destacar que los valores obtenidos con la fórmula anterior son máximos. El valor de la resistencia de tierra no es fijo y puede variar debido a diversos factores. Por ejemplo, la estación del año (épocas de lluvias o épocas secas), la temperatura del terreno, la corrosión de la toma de tierra y los conductores de puesta a tierra, etc.
Lo ideal es que la resistencia de tierra sea lo más baja posible para que la máxima tensión de defecto que pueda aparecer en las masas también sea del valor más bajo posible.
La resistencia de tierra de una instalación RA, según el antiguo REBT de 1.973 no podía ser superior a 37 Ω. En el REBT del 2.002 no se prescribe el valor máximo de RA, pero en instalaciones nuevas este valor no suele superar los 10 Ω (según normas de telecomunicaciones).
Por otra parte, la resistencia del neutro RN en el transformador de distribución no suele superar los 10 Ω.
Ejercicios Resueltos del Esquema TT: Condición del Corte Automático con Magnetotérmicos y Diferenciales
A continuación, se presentan 2 ejercicios resueltos del Esquema TT sobre la condición del corte automático para la protección a contactos indirectos mediante magnetotérmicos y diferenciales:
Corte Obligatorio del Neutro en el Esquema TT
Si tuviéramos que dejar la instalación sin tensión, aunque el neutro siempre esté a tierra, siempre será obligatorio el seccionamiento del neutro.
La razón radica en la eventualidad de un fallo o descarga eléctrica en la sección de media tensión del transformador ubicado en el CT. En ese caso, el potencial del neutro de baja tensión se podría incrementar significadamente, lo que puede resultar en una tensión elevada entre el neutro y la tierra.
Esto implica que, cualquier persona realizando labores de mantenimiento en una instalación donde solo se hayan desconectado las fases, podría estar expuesta al conductor neutro con esa tensión elevada.
Protección con Dispositivo de Control de Tensión de Defecto en el Esquema TT
La ITC-BT 24 indica que se podrán usar dispositivos de protección de tensión de defecto cuando en los esquemas tipo TT no puedan utilizarse los dispositivos de protección adecuada.
El dispositivo de control de tensión de defecto es un aparato que provoca la apertura automática de la instalación cuando las masas adquieren una tensión de defecto Vd igual a un valor predeterminado.
Al producirse una corriente de defecto Id a través de un electrodo de resistencia RT en una instalación, la tensión del electrodo respecto al terreno se eleva al valor Vd = Id · RT.
A medida que nos alejamos del electrodo, la tensión disminuye en el terreno de forma exponencial. Si nos alejamos lo suficiente de este electrodo de resistencia RT, podríamos asegurar que, en este otro punto, un nuevo electrodo RA estaría eléctricamente aislado de la instalación.
El dispositivo de control de tensión de defecto consta de los siguientes elementos:
Contactos del Dispositivo de Control de Tensión de Defecto
Son los elementos que al unirse o separarse establecen o cortan el paso de la corriente. Así, se facilita la extinción del arco eléctrico generado al abrir el interruptor. Suelen utilizar materiales como aleaciones de metales que ofrecen buena conductividad eléctrica y resistencia al desgaste.
Mecanismo de Disparo
Dispositivo que permite la apertura o cierre de los contactos de forma manual o automática. Es accionado por una bobina de tensión.
Toma de Tierra Auxiliar
La toma de tierra auxiliar RA es una toma distinta de la toma de tierra de la instalación RT, lo suficientemente alejada como para asegurar que está eléctricamente aislada.
Bobina de Tensión
Se conecta entre las masas a proteger (conductor de protección CP) y la toma de tierra auxiliar (RA). Si en las masas aparece una tensión de defecto Vd, se repartirá entre 2 resistencias en serie: la de la bobina de tensión y la de la resistencia auxiliar RA.
Si esta tensión Vd es suficiente y alcanza la tensión de seguridad de 50 V (ó 24 V), se producirá una corriente (Ii) que hará actuar el mecanismo de disparodesconectandoantes de 0,1 s.
El conductor de tierra auxiliar CPA será aislado, con protección mecánica, y no estará en contacto con ninguna masa.
La resistencia de tierra auxiliar RA ha de permanecer invariable. Esto obliga a revisar constantemente el valor de la tensión de desconexión Vd. Una vez calibrada RA para que el interruptor actúe, si se produce variación en RA, la tensión de defecto Vd variará:
– Si aumenta RA ⇒ El interruptor abrirá a tensión superior a Vd (peligro).
– Si disminuye RA ⇒ El interruptor abrirá a tensión inferior a Vd (aperturas no deseadas).
Toma de Tierra de la Instalación
La toma de tierra de la instalación RT se recomienda que la resistencia de tierra RT sea inferior a:
donde:
RN = resistencia del neutro
UF = tensión de fase o simple
El conductor de protección (CP) será aislado y solo estará en contacto con las masas a proteger por el interruptor.
Ejercicio Resuelto del Esquema TT: Dispositivo de Control de Tensión de Defecto
A continuación, se presenta 1 ejercicio resuelto del esquema TT sobre el dispositivo de control de tensión de defecto:
Ventajas e Inconvenientes del Esquema TT
En entornos donde la seguridad de las personas es de suma importancia, como en instalaciones residenciales o comerciales, un sistema TT puede ser preferible debido a su mayor protección contra contactos directos o indirectos.
Además, el esquema TT no precisa de un servicio de mantenimiento de las instalaciones, permitiendo ampliar sin complicaciones especiales las instalaciones.
Como inconvenientes, podríamos decir que no es adecuado este sistema para las instalaciones que requieren continuidad de servicio obligatoria. También, que puede tener mayor sensibilidad a descargas atmosféricas.
Utilización del Esquema TT
El esquema TT tiene un alto nivel de seguridad. A pesar de requerir una puesta a tierra separada en la instalación y ser relativamente más complejo y caro que el esquema TN, puede ser más adecuado en ciertas instalaciones.
Es muy adecuado en entornos húmedos o donde se requiera un nivel de protección adicional contra descargas atmosféricas. Su conexión independiente de tierra para las masas, reduce el riesgo de daños causados por sobretensiones inducidas por rayos.
En España, el esquema TT es obligatorio en las redes de distribución que sean públicas. Es ampliamente el sistema utilizado para el sector terciario y redes domésticas.
También se usa en muchos países de Europa (Francia, Italia, Suiza, Portugal, Grecia, Noruega, Finlandia, Suecia, etc.) o de América Latina (Brasil, Colombia, Uruguay, Perú, etc.).
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