sistemas con y sin neutro
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7/25/2019 Sistemas Con y Sin Neutro
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INTRODUCCIN
Las ventajas de la fabricacin moderna y la instalacin de procesos solo pueden
ser explotadas si el suministro de energa elctrica tambin es confiable. Fallas
a tierra inesperadas durante la instalacin pueden resultar en fallas indeseablesa travs de todo el sistema. Tan pronto se selecciones el tipo de sistema para
suministrar la energa elctrica, y as mismo se haya seleccionado los dispositivos
de proteccin y equipos de monitoreo, es posible establecer las bases para una
proteccin de alto nivel tanto del personal y el equipo, como la operacin libre
de problemas.
SEGURIDAD ELCTRICA EN EL SUMINISTRO DE ENERGA ELCTRICA
Una instalacin elctrica confiable que asegura un alto grado de seguridad para
el personal y la seguridad operacional es el objetivo primerio de los ingenieros
encargado de las en las industrias, hospitales y plazas comerciales. Entonces el
concepto para las instalaciones elctricas debe:
Considerar la seguridad del personal y las instalaciones
mejorar la continuidad y contribuir con el desempeo de la instalacin.
COMPARACIN ENTRE SISTEMAS CON NEUTRO Y SISTEMAS SIN NEUTRO
Los sistemas no aterrizados son un tipo de sistemas utilizados con poca
frecuencia en comparacin con los sistemas aterrizados, pero en ocasiones
podran ser la mejor alternativa.
Un sistema de potencia que es una combinacin de lneas, cables o conductores
con aparatos puede ser ampliamente clasificado en dos grupos: aterrizado o no
aterrizado.
Podemos decir que un sistema aterrizado es aquel en donde al menos un
conductor (por lo general el neutro de un transformador o bobinado de un
generador) es intencionalmente conectado a tierra de manera directa p
indirecta a travs de una impedancia.
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Estos sistemas no presentan el inconveniente de sobretensiones como ocurre
en el sistema aislado, ya que cuando se produce un cortocircuito monofsico,
ste es detectado inmediatamente por las protecciones de sobrecorriente
residual y por lo tanto, despejado rpidamente.
La puesta a tierra de un sistema de potencia es muy importante, dado que la
mayor cantidad de faltas involucran tierra. El objetivo principal de la puesta a
tierra es minimizar las sobretensiones transitorias, cumplir con los
requerimientos en cuanto a la seguridad del personal y permitir que las faltas a
tierra se detecten y aslen en forma rpida.
Segn los estndares del IEEE, los sistemas de esta naturaleza controlan la
magnitud de las fallas, lo que ayuda a la operacin de los rels y posibilita la
identificacin del punto de falla mediante los rels. Los sistemas de puesta atierra limitan las sobretensiones, eliminan el riesgo de generacin de chispa que
es un problema frecuente en los sistemas slidamente aterrizados gracias a la
limitacin de las corrientes de falla.
Entre las ventajas de la limitacin de corriente que ofrece esta configuracin
estn:
Reduce los efectos de las altas temperaturas asociadas con altas corriente
de falla. Reduce los esfuerzos a que son sometidos los circuitos y aparatos por los
que circularan las corrientes de falla a tierra.
Reduce el riesgo al que se expone el personal debido a corrientes de falla
que toman rutas no previstas en su trayectoria a tierra fsica.
Reduce los peligros de chispas o flashover que podra sufrir el personal
que trabaja cerca del sitio en que se diera la falla a tierra.
Reduce la cada momentnea de voltaje de lnea asociada con la
desconexin de circuitos en caso de falla. Controla los sobre voltaje transitorios y al mismo tiempo evita el tener
que detener la operacin del sistema en caso de una primera falla a tierra.
Los sistemas de distribucin sin neutro son alimentados ya sea por un
transformador o por una fuente independiente de potencia. El aspecto especial
de estos sistemas es que no existe ningn conductor activo conectado
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directamente a la tierra. En el caso de una falla a tierra, las corrientes de
cortocircuito no pueden circular como lo haran en los sistemas aterrizados. Lo
que ocurrir es que, debido a la falta de circuito completo, solo existir una
pequea corriente de falla con una magnitud definida por la resistencia de
aislamiento RF y la capacitancia Ce de los conductores a tierra. Debido a esto,desde un punto de vista operacional, los sistemas sin neutro son capaces de
permanecer en operacin si una de sus fases tiene una falla a tierra. Pero se
presenta la desventaja de que se vuelve dificultoso encontrar el punto de falla,
por lo que se debe utilizar una adecuada deteccin de tierra que proporcione
una alarma en esta condicin. En algunas empresas viejas se ha reportado que
este tipo de sistemas han permanecido hasta 40 aos o ms con una fase a
tierra.
Otra consideracin importante para un sistema sin neutro es su susceptibilidad
a grades sobrevoltajes transientes. Estos se pueden provocar de una condicin
resonante o no resonante durante las fallas a tierra, o de un arco. Una condicin
resonante de falla a tierra ocurre cuando la reactancia inductiva del camino de
la falla a tierra iguala aproximadamente a la reactancia capacitiva del sistema.
Dicha condicin de sobrevoltaje puede provocar que el aislamiento del
conductor se dae, y mientras la falla a tierra permanezca en una fase del
sistema sin neutro, este conductor estar sujeto a 1.732 veces el voltaje queexperimentara en un sistema slidamente aterrizado.
Con respecto a la confiabilidad del suministro de la energa elctrica, los
sistemas de distribucin sin neutro ofrecen mayores ventajas. Por esta razn
tambin es utilizado en reas donde se requiere un alto grado de confiabilidad
y seguridad en el suministro de la energa. Por ejemplo se tienen los circuitos de
control de acuerdo con CEC 22.1:2012, NEC 250:2014 y EN60204-
1:2006+A1:2009, fuentes de alimentacin elctrica para el sector mdico de
acuerdo con CSA Z32:2008 y DIN VDE 0100-710, generadores mviles de
acuerdo a HD 384.5.551 S1:1997 y muchas otras reas. Ahora, los sistemas sin
neutro con monitoreo de aislamiento se han vuelto ms extensos en reas como
los vehculos elctricos, instalaciones fotovoltaicas, instalaciones elctricas,
instalaciones de produccin complejas, empresas tecnolgicas de informacin,
debido a que las fallas inesperadas del sistema de suministro pueden provocar
consecuencias econmicas enormes.
En la operacin de un sistema sin neutro, se debe tener en cuenta que en laocurrencia de la primera falla de aislamiento, el sistema que originalmente era
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sin neutro cambia a un sistema comparable con un sistema slidamente
aterrizado, y una segunda falla se aislamiento puede resultar en el disparo de la
proteccin de cortocircuito y por ende en un corte del suministro.
Los sistemas sin neutro han sido histricamente seleccionados para aquellossistemas donde la continuidad del servicio es de carcter primordial. La
percepcin es que los sistemas sin neutro tienen mayor continuidad de servicio.
Esto debido a que como se mencion anteriormente las corrientes de falla son
pequeas, por lo que estas fallas pueden permanecer en el sistema hasta que
sea conveniente encontrar el punto de falla y despejarla. Mientras que una falla
a tierra en una de las fases en un sistema sin neutro no produce la interrupcin
del suministro, si esta permanece mucho tiempo, es muy probable la ocurrencia
de una segunda falla a tierra porque las fases sanas estn sujetas a voltajes delnea a lnea.
NOTA
Todos los sistemas sin neutro deben estar equipados con detectores de tierra y
se les debe aplicar un adecuado mantenimiento con el fin de evitar la sobre
corriente de una falla a tierra sostenida. Si no se provee un mantenimiento
adecuado a lis sistemas sin neutro, se deber instalar un sistema con neutro para
asegurar que las fallas a tierra sean detectadas y despejadas, y la seguridad de
los circuitos, equipos, y la del personal sean aseguradas.
Finalmente como conclusin se puede listar las ventajas y desventajas de los
sistemas sin neutro:
VENTAJAS
Bajos valores de corrientes fluyendo para las fallas de lnea a tierra (5
amperios o menos). Operacin contina ante la ocurrencia de la primera falla a tierra.
La probabilidad de que una falla de lnea a tierra se convierta en una falla
de lnea a lnea o trifsica es muy pequea.
DESVENTAJAS
Dificultoso localizar el punto de falla.
Los sistemas sin neutro no controlan sobrevoltajes transientes.
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El costo de mantenimiento del sistema es alto debido a la labor de
localizar las fallas.
Una segunda falla a tierra en otra de las fases sanas resulta en
cortocircuito de fase a fase.
REFERENCIAS
Ungrounded systems, the heart of a reliable supply of electrical power.
Wolfgang Hofheinz, E.Eng. Torsten Gruhn, E.Eng. Andy Moeschl,
P.Eng./MBA.
System Grounding Bill Brown, P.E., Square D Engineering Services.