La forma de conectar el neutro a tierra decide cuánta corriente circula en una falla a tierra, qué sobretensiones aparecen y si la planta debe disparar o puede seguir operando. El neutro aislado permite seguir con una falla pero expone a sobretensiones por fallas intermitentes y hace difícil localizarla; el sólido da corrientes altas y disparo inmediato; la puesta a tierra por resistencia es el punto medio más usado en industria: baja resistencia para disparar con selectividad y menos daño, alta resistencia para seguir operando con control de sobretensiones.
La pregunta de fondo: qué hacer con la primera falla a tierra
La mayoría de las fallas en una planta industrial empiezan como fallas a tierra: un cable con el aislamiento dañado, un motor con humedad, un terminal contaminado. Cómo esté conectado el neutro del transformador o del generador decide qué pasa en ese momento:
- cuánta corriente circula por la falla;
- qué sobretensiones aparecen en las fases sanas;
- si la protección dispara de inmediato o si la planta puede seguir;
- qué tan fácil es encontrar la falla.
No hay un esquema mejor en todos los casos. Hay uno que conviene a cada planta según su nivel de tensión, su proceso y sus equipos.
Los esquemas
| Esquema | Corriente de falla a tierra | Sobretensiones | Continuidad con una falla | Protección de tierra |
|---|---|---|---|---|
| Aislado | Solo la capacitiva, pequeña | Altas ante fallas intermitentes | Sí, con alarma | Difícil de hacer selectiva; detección por tensión de neutro |
| Alta resistencia | Algo mayor que la capacitiva | Controladas | Sí, con alarma | Detección y localización de la salida fallada |
| Baja resistencia | Limitada a un valor elegido | Bajas | No: dispara | Sobrecorriente de tierra selectiva |
| Reactancia | Según el reactor | Según la relación de reactancias | No: dispara | Sobrecorriente de tierra |
| Sólido | Alta, cercana a la trifásica | Las más bajas | No: dispara | Sobrecorriente de tierra sencilla y rápida |
En baja tensión, la norma de instalaciones de cada país clasifica los esquemas con otra nomenclatura (TN, TT, IT); el sistema IT corresponde al neutro aislado o aterrizado por una impedancia alta.
Neutro aislado: la continuidad y su precio
En un sistema aislado, el neutro no tiene conexión intencional a tierra. La única referencia son las capacitancias de los cables y equipos. Una primera falla a tierra lleva la fase fallada al potencial de tierra y eleva las otras dos hacia la tensión de línea, pero la corriente es pequeña y nada dispara. La planta sigue.
El precio:
- Sobretensiones por fallas intermitentes. Si la falla es un arco que se enciende y se apaga, las capacitancias se cargan en cada ciclo y la tensión de las fases sanas puede subir varias veces su valor normal. Eso envejece el aislamiento de motores y cables y provoca nuevas fallas.
- Localización difícil. La corriente es tan baja que no se sabe en qué salida está la falla sin abrir circuitos uno a uno.
- La segunda falla. Mientras la primera sigue, una falla en otra fase y en otro punto se convierte en un cortocircuito entre fases a través de tierra, con daños mayores.
Neutro sólido: simple y con mucha corriente
En el sólido, el neutro se une directamente a la malla. La falla a tierra es casi un cortocircuito: la protección la ve con claridad y dispara rápido. Las sobretensiones son las más bajas. Pero la corriente alta produce más daño en el punto de falla: núcleos de motores quemados, cables perforados y mayor energía de arco. En baja tensión de distribución general, con cargas monofásicas, es el esquema habitual.
Puesta a tierra por resistencia: el punto medio
La resistencia de puesta a tierra del neutro (NGR) es la solución más usada en media tensión industrial:
- Con baja resistencia, la falla se limita a una corriente que los relés despejan de forma selectiva, con mucho menos daño que en el sólido.
- Con alta resistencia, la corriente se limita a un valor igual o algo mayor que la corriente capacitiva del sistema. Así se conserva la ventaja del sistema aislado (seguir operando) y se controlan las sobretensiones transitorias.
- ¿El proceso necesita seguir operando con una primera falla a tierra?
- Sí¿Hay personal y sistema para localizar la falla pronto?
- SíAlta resistencia, con monitor y localización
- NoBaja resistencia; el disparo selectivo es más seguro
- No¿Hay cargas monofásicas fase-neutro?
- SíNeutro sólido
- NoBaja resistencia para limitar el daño
Cómo se ve cada esquema desde los relés
Cada esquema cambia la forma de detectar la falla a tierra:
- Sólido o baja resistencia: la corriente residual es grande; basta la sobrecorriente de tierra en cada salida, coordinada con la del neutro.
- Alta resistencia: la corriente es pequeña y parecida en magnitud a la capacitiva de las salidas sanas. Para saber cuál salida tiene la falla se usan CT de núcleo balanceado sensibles, relés direccionales de tierra o un sistema de localización por pulsos.
- Aislado: casi no hay corriente; la falla se ve por la tensión de neutro (59N o tensión residual de un PT en triángulo abierto) y la selectividad exige direccionales de tierra sensibles.
Un error frecuente al cambiar de esquema es mantener los relés de antes. Un 51N ajustado para un sistema de baja resistencia no ve nada en uno de alta resistencia, y un sistema aislado sin vigilancia de aislamiento puede acumular una primera falla durante meses.
Lo que se revisa antes de decidir
- Corriente capacitiva del sistema: define si la alta resistencia es posible. En sistemas grandes de media tensión puede ser demasiado alta para operar con la falla.
- Aislamiento de los equipos: en sistemas aislados o con alta resistencia, las fases sanas quedan a tensión de línea durante la falla; cables, pararrayos y transformadores de tensión deben estar elegidos para ello.
- Protección de tierra: cada esquema pide relés distintos. Vea direccional de tierra 67N y sobretensión de neutro 59N.
- Neutros de generadores: los generadores tienen su propia práctica de puesta a tierra, normalmente por impedancia, que debe ser coherente con la del sistema.
- Energía de arco: limitar la corriente de falla a tierra reduce los daños, aunque la energía de un arco trifásico depende de la corriente de falla entre fases. Vea estudio de arco eléctrico.
- Reglamento y norma de instalaciones: en Colombia, el RETIE y la norma de instalaciones a la que remite; en otros países, la que corresponda.
Hacemos su estudio de puesta a tierra del sistema
Nuestro equipo evalúa el esquema de neutro de su planta: calcula la corriente capacitiva, compara los esquemas posibles, especifica el transformador de puesta a tierra y la resistencia cuando hacen falta, y ajusta las protecciones de tierra con el estudio de coordinación. Lo hacemos de forma remota con su información. Vea nuestro servicio de diseño de ingeniería y estudios y escríbanos por contacto.
Guías relacionadas
- Resistencia de neutro (NGR)
- Transformador de puesta a tierra
- Direccional de tierra 67N
- Sobretensión de neutro 59N
- Puesta a tierra industrial
- Disparo de tierra sin falla aparente 51N
Referencias
- IEEE 3003.1-2019, IEEE Recommended Practice for System Grounding of Industrial and Commercial Power Systems.
- IEEE 142, IEEE Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems.
- IEEE C57.32, IEEE Standard for Requirements, Terminology, and Test Procedures for Neutral Grounding Devices.
- IEC 60364-1, Low-voltage electrical installations (esquemas TN, TT e IT).
Preguntas frecuentes
¿Qué ventaja tiene un sistema con neutro aislado?
Que una primera falla a tierra casi no produce corriente y la planta puede seguir operando. Es la razón por la que se usó en procesos continuos. Sus desventajas son las sobretensiones transitorias ante fallas a tierra intermitentes, la dificultad para localizar la falla y el riesgo de que una segunda falla en otra fase provoque un cortocircuito.
¿Qué es un sistema IT y qué tiene que ver con el neutro aislado?
IT es la designación de IEC 60364 para un sistema de baja tensión cuyo neutro está aislado de tierra o conectado a ella a través de una impedancia alta, con las masas de los equipos puestas a tierra. Es el equivalente en baja tensión del neutro aislado o de alta resistencia, y exige vigilar el aislamiento para detectar la primera falla.
¿Puedo cambiar un sistema aislado a uno con resistencia de neutro?
Sí, y es una de las mejoras más comunes en plantas antiguas. Se crea un neutro con un transformador de puesta a tierra si el sistema está en triángulo, se instala la resistencia y se agregan o reajustan los relés de tierra. Antes hay que calcular la corriente capacitiva del sistema y revisar el aislamiento de los equipos.