La resistencia de puesta a tierra del neutro (NGR) se conecta entre el neutro de un transformador o un generador y la malla de tierra para limitar la corriente de una falla a tierra. Con baja resistencia, la falla se limita a una corriente que los relés despejan de forma selectiva con menos daño; con alta resistencia, la corriente es tan pequeña que la planta puede seguir operando con la falla mientras se localiza. Se especifica y se prueba según IEEE C57.32, se dimensiona con el estudio de puesta a tierra del sistema y necesita monitoreo, porque una NGR abierta deja el sistema aislado sin que nadie lo note.
Qué es una NGR
La resistencia de puesta a tierra del neutro (neutral grounding resistor, NGR) es un resistor conectado entre el neutro de un transformador o de un generador y la malla de tierra. Su función es limitar la corriente de una falla a tierra a un valor elegido por el diseñador, en lugar de dejarla en el valor de una falla franca, que en un sistema sólidamente aterrizado puede ser comparable a la de una falla trifásica.
Está formada por elementos resistivos de acero inoxidable o aleaciones similares, montados en una caja ventilada, un aislador o buje de entrada para el neutro, un terminal de tierra y, por lo general, un transformador de corriente en el neutro para la protección. En sistemas conectados en triángulo, que no tienen neutro, se crea uno con un transformador de puesta a tierra en zigzag o estrella-triángulo, y la NGR va en su neutro.
La norma que define sus requisitos, terminología y pruebas es IEEE C57.32, que cubre los dispositivos de puesta a tierra del neutro: resistores, reactores, transformadores de puesta a tierra y neutralizadores.
Baja y alta resistencia
| Característica | Baja resistencia (LRG) | Alta resistencia (HRG) |
|---|---|---|
| Corriente de falla a tierra | Limitada a un valor que los relés detectan con selectividad | Pequeña: igual o algo mayor que la corriente capacitiva del sistema |
| Qué pasa con la falla | Se dispara el circuito fallado | Alarma; la planta puede seguir operando |
| Aplicación típica | Media tensión industrial, neutros de generadores grandes | Baja tensión de procesos continuos, media tensión de pocos kilovoltios, neutros de generadores |
| Tiempo nominal de la NGR | Corto: lo que tarda la protección en despejar | Largo o continuo, porque la falla puede durar |
| Protección asociada | Sobrecorriente de tierra 50G/51G en el neutro y en cada salida | Detección de tensión de neutro o de corriente, y localización de la salida fallada |
La razón de la regla de la corriente capacitiva en alta resistencia es controlar las sobretensiones. En un sistema aislado, una falla a tierra intermitente (un arco que se enciende y se apaga) puede cargar las capacitancias de las fases y producir sobretensiones transitorias varias veces la normal. Si la corriente de la NGR es al menos igual a la capacitiva, la resistencia amortigua ese fenómeno. Por eso el dimensionamiento empieza por medir o calcular la corriente capacitiva de cables, motores y equipos del sistema. La comparación completa entre esquemas está en neutro aislado o aterrizado.
Cómo se especifica
Los datos que definen una NGR:
- Tensión nominal: la de fase a neutro del sistema.
- Corriente nominal: la corriente de falla a tierra que se quiere permitir.
- Resistencia: la tensión de fase a neutro entre la corriente.
- Tiempo nominal: cuánto tiempo soporta esa corriente sin exceder su temperatura admisible (breve en baja resistencia, extendido o continuo en alta resistencia). IEEE C57.32 define las clases de tiempo.
- Nivel de aislamiento y ubicación (interior o exterior, grado de protección de la caja).
- Accesorios: CT de neutro, seccionador, monitor de continuidad, transformador de tensión de neutro.
Todos se deciden con el estudio de puesta a tierra del sistema y el de coordinación de protecciones. Elegir la corriente «por catálogo» lleva a relés que no detectan las fallas o a una NGR que se quema en la primera falla larga.
Protección y monitoreo
- Sobrecorriente de tierra en el neutro (51G): mide la corriente que pasa por la NGR y actúa como respaldo de todas las salidas.
- Sobrecorriente de tierra en cada salida, con CT de núcleo balanceado cuando la corriente es baja, para disparar solo la salida fallada.
- Sobretensión de neutro (59N): detecta la falla por la tensión que aparece en la NGR; útil en alta resistencia y en neutros de generador. Vea sobretensión de neutro 59N.
- Monitor de la NGR: verifica de forma continua que la resistencia esté conectada y sana. Sin él, una NGR abierta (por corrosión, un elemento roto o una conexión floja) convierte el sistema en aislado sin aviso.
- En alta resistencia, un sistema de localización (por pulsos o por medición por salida) para encontrar la falla sin abrir circuitos al azar.
NGR en generadores y en plantas con varias fuentes
El neutro de un generador se pone a tierra casi siempre a través de una impedancia, para limitar el daño de una falla a tierra en el estator, donde el hierro del núcleo se quema con corrientes altas. En generadores conectados a través de su transformador elevador es usual la alta resistencia, a veces con un transformador de distribución en el neutro y la resistencia en su secundario; en generadores conectados directamente a la barra de la planta, la baja resistencia. Vea generador síncrono y sus protecciones.
Cuando una planta tiene varias fuentes (el transformador de la red y uno o varios generadores), hay que decidir cuántos neutros se ponen a tierra y con qué corriente cada uno. Si cada fuente aporta su propia corriente de tierra, la corriente total de falla cambia según cuáles estén en servicio, y los relés de tierra deben funcionar en todos los casos. Si se ponen varias NGR en paralelo sin estudiarlo, la corriente de falla puede superar lo que soportan los equipos, y con generadores pueden circular corrientes de tercer armónico entre neutros. El esquema se define en el estudio, no en el montaje.
Pruebas y mantenimiento
En la puesta en servicio y en el mantenimiento se verifican la resistencia del conjunto contra la placa, el aislamiento del resistor y del buje respecto a tierra, la continuidad del neutro y de la conexión a la malla, el CT de neutro (relación y polaridad) y la protección asociada por inyección secundaria. La inspección visual busca elementos deformados o decolorados, señal de fallas que superaron su tiempo nominal.
Diseñamos su sistema de puesta a tierra
Nuestro equipo calcula la corriente capacitiva de su sistema, define si conviene baja o alta resistencia, especifica la NGR con su protección y su monitoreo, y ajusta los relés de tierra para que la falla se despeje de forma selectiva. El diseño lo hacemos de forma remota con su información; en Colombia también probamos la NGR y su protección en sitio. Vea nuestro servicio de diseño de ingeniería y estudios y escríbanos por contacto.
Guías relacionadas
- Neutro aislado o aterrizado
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- Puesta a tierra industrial
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- Falla a tierra restringida 87N
Referencias
- IEEE C57.32, IEEE Standard for Requirements, Terminology, and Test Procedures for Neutral Grounding Devices.
- 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 C37.101, IEEE Guide for Generator Ground Protection.
Preguntas frecuentes
¿Cómo se calcula la resistencia de puesta a tierra del neutro?
El valor sale de dividir la tensión de fase a neutro del sistema entre la corriente de falla a tierra que se quiere permitir. Esa corriente se elige con criterios distintos: en alta resistencia, igual o algo mayor que la corriente capacitiva del sistema a tierra; en baja resistencia, suficiente para que los relés de tierra operen de forma selectiva y bastante menor que la falla franca. Además se especifica el tiempo que la NGR soporta esa corriente.
¿Qué pasa si la NGR se abre?
El sistema queda aislado de tierra sin que nadie lo sepa. Una falla a tierra posterior no produce corriente para los relés, puede generar sobretensiones transitorias, y una segunda falla en otra fase se convierte en un cortocircuito entre fases. Por eso se instala un monitor de continuidad de la NGR o se supervisa con la protección.
¿Una planta con NGR de alta resistencia puede seguir operando con una falla a tierra?
Sí, en sistemas de baja tensión y en media tensión de pocos kilovoltios, porque la corriente es pequeña. Se da alarma y se localiza la falla mientras la planta sigue. Pero hay que encontrarla pronto: una segunda falla a tierra en otra fase sí provoca un cortocircuito y el disparo.