Conexión a tierra de las instalaciones eléctricas

Todas las instalaciones eléctricas de baja tensión están vinculadas funcionalmente con la tierra, aun aquellas que se denominan “aisladas de tierra”. Esta vinculación se puede materializar de diversas formas, cada una de las cuales hará que la instalación eléctrica presente ciertas características funcionales, sobre todo frente a las perturbaciones y a la acción de las protecciones. Centraré la atención en los contactos que puedan realizar los seres vivos con cables activos, o en algunos de los tipos de cortocircuito.
Estas vinculaciones entre las instalaciones eléctricas y tierra se grafican a través de los denominados “esquemas de conexión a tierra”, también conocidos como “sistemas” o “regímenes de neutro”, según la Norma IRAM 2379.
El esquema de conexión a tierra es un aspecto al cual, lamentablemente, no se le presta la debida atención. Las razones pueden ser varias: tal vez porque es poco visible físicamente, y en general funcionalmente no es destacable mientras no se presenten fallas, sin descartar tampoco el desconocimiento de la importancia del tema.
Luego de haber adoptado un determinado esquema de conexión a tierra, es necesario mantenerlo en el tiempo, para lo cual habrá que evitar que sea vulnerado por el apuro de solucionar las fallas que se presentan.
Este tema también se trata en la Reglamentación para la ejecución de instalaciones eléctricas en inmuebles, de la Asociación Electrotécnica Argentina 90364, en su ítem 771.3 titulado “Descripción de los esquemas de conexión a tierra”.
Tales conexiones reflejadas en estos esquemas de conexión a tierra no solo tratan la conexión entre cables o conductores sino que requieren de ciertos elementos y aparatos apropiados, fabricados bajo las normas respectivas a los fines de obtener un funcionamiento seguro y eficaz.
En los sistemas de producción, transmisión, distribución y utilización de la energía eléctrica, se emplean necesariamente sistemas de puesta a tierra, los cuales son de dos tipos: seguridad y funcional. Los nombres nos anticipan cuáles son sus funciones; al respecto, se puede decir que cada uno de ellos presenta características funcionales muy diferentes, aunque sus formas constructivas sean similares.
La puesta a tierra de seguridad de los diversos elementos que componen las instalaciones eléctricas y las cargas que se conectan a ellas son uno de los pilares de la protección de los seres humanos y de sus bienes.
La puesta a tierra funcional es una parte importante del sistema de distribución de la energía eléctrica ya que es necesaria para obtener un correcto funcionamiento.
Ambas puestas a tierra se encuentran interrelacionadas funcionalmente.

Podemos señalar que las fuentes de energía eléctrica de estos sistemas de distribución son los transformadores, los cuales tienen los tres bobinados (tres bornes) de su primario conectados en triángulo al sistema de distribución pública de media tensión (alimentación); mientras que los tres bobinados del secundario, en cambio, se encuentran conectados en estrella y se corresponden con cuatro bornes, que son el origen de las tres fases activas y del neutro. Este último parte desde el centro de la estrella secundaria (R, S, T y N). En la figura 1 se puede apreciar cómo se hace esa conexión.
De modo que un transformador de distribución tiene un circuito primario conectado en triángulo a una red de distribución trifásica trifilar de 13,2 o 33 kV (media tensión) y un circuito secundario (conectado en estrella) del cual parte la red trifásica tetrafilar de distribución en 3 x 380 +N V (baja tensión).

Estas formas responden a respectivos tipos de esquemas de conexión a tierra según se trate de aquellas que reciben la energía de una red de distribución pública de baja o de media tensión. Hay que resaltar el hecho de que no debe confundirse el esquema de conexión a tierra de las instalaciones eléctricas de los edificios con las de la red de distribución que las alimenta.

Se identifican mediante el empleo de letras, de acuerdo a lo siguiente.

De acuerdo a esto es que los esquemas de conexión a tierra son esquemas de conexión a tierra “TT”, esquemas de conexión a tierra “TN” (con variantes “TN-S”, “TN-C” y “TN-C-S” y esquemas de conexión a tierra “IT”.

La empresa distribuidora de la energía eléctrica alimenta su red de distribución mediante transformadores reductores, en los cuales los bobinados primarios están conectados en triángulo a la red de media tensión. Los bobinados secundarios del transformador, a su vez, se conectan en estrella y alimentan la red de baja tensión. La conexión del centro de esta estrella es el origen del conductor o cable que corresponde al neutro de esa red y que también está conectado a la toma de tierra de servicio o funcional. Las masas de la instalación eléctrica consumidora se interconectan entre sí mediante un cable de protección denominado “PE”, el cual también lo hace a la toma de tierra, denominada “de protección”, que es independiente de la toma de tierra de servicio o funcional, como se aprecia en la figura 2. Es decir, ambas están separadas por una determinada distancia.
Este esquema de conexión se exige para las instalaciones eléctricas de los usuarios que se alimentan desde la red pública de distribución de baja tensión.

El conductor o cable correspondiente al neutro del sistema de distribución de baja tensión está conectado directamente a la tierra funcional o de servicio por el proveedor de la energía eléctrica, y las masas de la instalación eléctrica del consumidor están conectadas a ese punto por medio de un conductor o cable que se denomina “de protección”. Este se identifica con las siglas “PE” en los sistemas “TT” y “TN-S”, o bien “PEN” en los sistemas “TN-C”.
Se consideran dentro de la instalación eléctrica consumidora, de acuerdo con la disposición del conductor o cable que corresponde al neutro y del de protección que adopten, tres variantes del esquema “TN” que se identifican como “TN-S”, “TN-C” y “TN-C-S”.

En el esquema “TN-S”, de neutro a tierra, el conductor o cable del neutro y de protección “PE” están separados. El conductor o cable correspondiente al neutro y el conductor o cable de protección están conectados entre sí y a tierra en el origen de la alimentación y separados a lo largo de toda la extensión de la instalación eléctrica. Además, el cable de protección puede estar conectado a tierra en varios puntos más a lo largo de la instalación eléctrica consumidora.
En las figuras 3, 4 y 5 se pueden apreciar las variantes.
Este sistema está prohibido para las instalaciones eléctricas internas de los edificios destinados a viviendas, oficinas o locales, salvo en los casos de a) edificios que reciben la alimentación en media tensión; b) locales alimentados de la red pública de baja tensión en los que se instalen equipos informáticos o de otro tipo, cuando, por los requerimientos de dichos equipos, se deba emplear este esquema. En este caso, será obligación del usuario realizar como mínimo una puesta a tierra en su edificio, preferentemente en la acometida o en sus cercanías, con un valor de resistencia igual o menor de 2 Ω. Asimismo, será obligación del usuario garantizar que no se supere la tensión de 24 Vca (valor eficaz) permanentes respecto a tierra, frente a eventuales contactos indirectos.

El esquema “TN-C” de neutro a tierra, masa a neutro, cable o conductor neutro y de protección, se puede ver en la figura 6.
La función del cable o conductor del neutro y el de protección se combinan en uno solo llamado “PEN” a lo largo de toda la instalación eléctrica, que está puesta a tierra en la alimentación, o sea, conectado a la puesta a tierra funcional o de servicio.
Este esquema de conexión a tierra está prohibido para todo tipo de edificios. Sin embargo, existe una excepción para el caso de recibir la alimentación del sistema de media tensión. Por decisión del usuario, se puede usar exclusivamente este esquema de conexión a tierra en la vinculación entre los bornes de baja tensión del transformador de distribución usuario y el interruptor principal del tablero general de baja tensión.

El esquema “TN-C-S” es de neutro a tierra, masa a neutro, cable o conductor neutro y de protección separados. Una representación de este caso la vemos en la figura 7.
Este esquema de conexión está caracterizado por el hecho de que, en una parte de la instalación eléctrica, las funciones de neutro y protección se combinan en un solo conductor o cable (PEN), puesta a tierra en la alimentación, y que, a partir de un determinado punto de la instalación eléctrica, dicho conductor o cable (PEN) se desdobla en un conductor o cable para el neutro y en otro de protección. Es una combinación de los dos esquemas anteriores.
Este esquema está prohibido para las instalaciones eléctricas de todo tipo de edificio. Se puede aceptar una excepción para aquellos locales que cuentan con alimentación desde la red de distribución de media tensión cuando, por decisión del usuario, el empleo del cable o conductor PEN (parte del esquema “TN-C-S”) sea exclusivamente para la vinculación entre los bornes de baja tensión de su propio transformador y el interruptor principal del tablero general de distribución, debiéndose derivar antes de los bornes de entrada del interruptor principal, el cable o conductor de protección. A partir del citado tablero, el esquema responde a la parte “S” del esquema “TN-C-S” original.

Nota para los esquemas. Los usuarios que reciben el suministro de la energía eléctrica directamente de la red de media tensión, o sea que tienen su propia subestación transformadora, y que además reciben simultáneamente un suministro de la red de distribución de baja tensión deberán arbitrar los medios para evitar el funcionamiento en paralelo de ambos suministros o entrecruzamiento. Para parte de la instalación eléctrica de baja tensión se deberá utilizar el sistema de conexión a tierra “TT”.

Se denomina también “de neutro aislado” o “impedante”. Presenta la particularidad de que el neutro del transformador que alimenta la red de distribución está aislado de tierra, conectado a ella a través de una impedancia. Esto se debe a la forma en que está dispuesto el conexionado del bobinado secundario del transformador alimentador.
En consecuencia puede ocurrir a) que esté completamente aislado, como se aprecia en la figura 8; b) que se conecte a tierra a través de una impedancia elevada, lo cual se representa en la Figura 9.
En este último caso (neutro impedante), el valor de la impedancia debe estar comprendido entre los 1.000 y 2.000 Ω. No obstante, el sistema aislado puede tener impedancias a tierra del orden de 500 kΩ, o más. Desde el punto de vista de la seguridad de las personas, los valores normales son del orden de los 500 kΩ y un mínimo de 50 kΩ.
En cuanto al neutro, en un sistema destinado a la distribución de la energía eléctrica, el cable o conductor correspondiente al neutro puede o no acompañar a los de las tres fases a lo largo del tendido de la distribución.
Con respecto a la conexión de las masas de los consumos o cargas, se pueden presentar las siguientes variantes: a) que las masas estén conectadas a un único cable o conductor de protección y este a su vez a una sola puesta a tierra, lo cual hace que todas las masas estén unificadas; b) que cada uno de los consumos o cargas tenga su propia puesta a tierra. En el caso del cable o conductor que corresponde al neutro, este puede acompañar a los de las tres fases o no. En un caso, tendremos un esquema con el neutro distribuido, tal como se muestra en la figura 10, y en el otro, la figura 11.
Las masas de la instalación eléctrica y de los consumos se ponen a tierra mediante el cable de protección, que no es el mismo del neutro, lo que significa un aislamiento permanente entre el cable del neutro y el de protección.