Tensión en función de su conexión a tierra cdt en una red de distribución

1.5 Tensión en función de su conexión a tierra cdt en una red de distribución

Dentro del ámbito de las redes eléctricas aéreas de baja tensión (BT), uno de los aspectos fundamentales para garantizar la seguridad, la estabilidad y el correcto funcionamiento del sistema eléctrico es la configuración de la conexión a tierra del sistema. En particular, la tensión en función de su conexión a tierra en una red de distribución es un concepto clave que influye en el comportamiento eléctrico, en la protección contra sobrecargas y en la calidad del suministro.

El presente apartado se centra en analizar cómo la forma en que se realiza la conexión a tierra del neutro (comúnmente denominado conexión a tierra del neutro o ctd) afecta a los niveles de tensión en los puntos de consumo y en los componentes de la red. Se abordarán las diferentes configuraciones posibles, sus fundamentos técnicos, ventajas y desventajas, así como las implicaciones prácticas para el diseño, montaje y operación de las redes aéreas de baja tensión.

Este análisis resulta esencial para ingenieros y técnicos que diseñan, instalan o mantienen redes eléctricas aéreas, ya que una correcta elección y configuración del sistema de puesta a tierra contribuye a mejorar la seguridad eléctrica, reducir riesgos de fallos y optimizar los costes operativos. Además, entender cómo varía la tensión en función de la conexión a tierra permite anticipar posibles problemas y aplicar medidas correctivas oportunas.

Marco Teórico y Fundamentos

Definiciones y Conceptos Clave

Para comprender adecuadamente cómo influye la conexión a tierra del neutro en la tensión de una red aérea de baja tensión, es imprescindible definir ciertos conceptos fundamentales:

• Neutro: Es el conductor que conecta el punto medio o punto común de un transformador o generador con el resto del sistema, sirviendo como referencia cero voltios y facilitando el retorno de corriente.
• Conexión a tierra (ctd): Es la unión eléctrica del neutro con el suelo mediante un sistema de puesta a tierra, que puede incluir varillas, placas o redes enterradas. La finalidad principal es limitar las tensiones sobre los equipos y proteger a las personas ante fallos.
• Tensión (voltaje): Diferencia potencial eléctrica entre dos puntos. En este contexto, se refiere principalmente a la tensión entre fases, entre fase y neutro, o entre fase y tierra.
• Sistema TT: Configuración donde el neutro está conectado a tierra en la fuente (transformador), pero las masas o partes metálicas accesibles están también conectadas a tierra mediante un sistema independiente.
• Sistema TN: Configuración donde el neutro está conectado a tierra en origen y las masas están conectadas directamente al neutro mediante conductores protectores.
• Sistema IT: Sistema donde ni el neutro ni las masas están conectados directamente a tierra, sino mediante impedancias o no están conectados en absoluto.

Teorías y Principios

La influencia de la conexión a tierra del neutro sobre la tensión en una red aérea se fundamenta en principios eléctricos básicos relacionados con circuitos equilibrados e desequilibrados. La forma en que se realiza dicha conexión determina cómo se distribuyen las tensiones y corrientes dentro del sistema:

• Principio de equilibrio: En condiciones ideales sin cargas desequilibradas, las tensiones entre fases permanecen iguales y simétricas respecto al neutro. Sin embargo, ante cargas desequilibradas o fallos, estas tensiones pueden variar significativamente dependiendo del esquema de puesta a tierra.
• Impacto de la conexión a tierra del neutro: La forma en que se conecta el neutro afecta directamente los niveles de tensión sobre las fases y las posibles sobretensiones transitorias. Por ejemplo, un sistema TN puede mantener mejor control sobre las tensiones relativas debido a su referencia común a tierra.
• Respuesta ante fallos: La configuración determina cómo se comportan las corrientes de falla y qué niveles de tensión permanecen en los puntos accesibles. Sistemas con neutro conectado a tierra mediante impedancias (IT) tienden a mantener menores tensiones durante fallos aislados.

Desarrollo Teórico

En una red aérea de baja tensión, el modo en que se realiza la conexión a tierra del neutro tiene efectos directos sobre los niveles de tensión observados en diferentes puntos del sistema:

Sistema TT

En este esquema, el neutro del transformador está conectado directamente a tierra en su origen. Las masas metálicas accesibles están también conectadas a tierra mediante un sistema independiente. La ventaja principal radica en que ante una falla a tierra en alguna fase, se produce una corriente significativa que activa dispositivos de protección rápidamente. Sin embargo, durante condiciones normales, las tensiones respecto a tierra pueden variar considerablemente si no hay un buen equilibrio.

Sistema TN

Aquí, el neutro está conectado directamente a tierra desde el origen y las masas metálicas están conectadas también mediante conductores protectores al mismo punto. Esto proporciona una referencia clara y estable respecto a tierra para toda la red. La consecuencia es que las tensiones respecto a tierra permanecen controladas durante condiciones normales y fallos leves. La protección diferencial funciona eficazmente para detectar corrientes anómalas.

Sistema IT

En este esquema, ni el neutro ni las masas están conectados directamente a tierra; pueden estar aislados o conectados mediante impedancias elevadas. Esto limita las corrientes de falla pero puede permitir que las tensiones respecto a tierra aumenten durante fallos aislados. Es útil para instalaciones donde se busca continuidad operativa aún ante fallos por aislamiento.

Relaciones entre Configuración y Tensión

La elección del esquema influye directamente en los niveles de tensión:

Relaciones con otros conceptos del curso

Este análisis complementa otros aspectos tratados previamente como los tipos de líneas eléctricas aéreas (Tema 1: Redes eléctricas aéreas de bt) y los elementos estructurales (Tema 2: Elementos de una red aérea BT). La configuración correcta del sistema de puesta a tierra influye directamente en aspectos como:

• Niveles de carga eléctrica: La forma en que se conecta el neutro afecta cómo circulan las corrientes por los conductores.
• Puesta en servicio: La elección determina procedimientos específicos durante montaje y puesta en marcha.

Ejemplos Aplicados

Ejemplo 1: Red aérea con esquema TN para una urbanización residencial pequeña

Supongamos una urbanización donde se decide implementar un esquema TN para garantizar estabilidad y protección eficiente. El transformador suministra energía con el neutro conectado directamente a tierra en su origen. Las masas metálicas accesibles también están vinculadas mediante conductores protectores al mismo punto común.

A lo largo del tiempo, esta configuración ha permitido mantener niveles estables de tensión respecto a tierra (-10 V hasta +10 V durante condiciones normales), facilitando la detección rápida ante contactos directos o cortocircuitos. Durante una falla simple (por ejemplo, contacto accidental entre fase y masa), la corriente aumenta rápidamente activando los dispositivos diferenciales instalados.