Sistema de suministro de energía (TN-C, TN-S, TN-CS, TT, IT)

El sistema de suministro de energía básico utilizado en el suministro de energía para proyectos de construcción es un sistema trifásico de tres cables y trifásico de cuatro cables, etc., pero la connotación de estos términos no es muy estricta. La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) ha establecido disposiciones uniformes para esto, y se denomina sistema TT, sistema TN y sistema IT. Qué sistema TN se divide en sistema TN-C, TN-S, TN-CS. La siguiente es una breve introducción a varios sistemas de suministro de energía.

sistema de suministro de potencia

De acuerdo con los diversos métodos y terminologías de protección definidos por IEC, los sistemas de distribución de energía de bajo voltaje se dividen en tres tipos de acuerdo con los diferentes métodos de conexión a tierra, a saber, sistemas TT, TN e IT, y se describen a continuación.

Sistema de alimentación TN-C

El sistema de suministro de energía del modo TN-C utiliza la línea neutra de trabajo como línea de protección de cruce por cero, que puede denominarse línea neutra de protección y puede representarse mediante PEN.

Sistema de suministro de energía TN-CS

Para la fuente de alimentación temporal del sistema TN-CS, si la parte frontal está alimentada por el método TN-C y el código de construcción especifica que el sitio de construcción debe utilizar el sistema de alimentación TN-S, la caja de distribución total puede ser dividido en la parte trasera del sistema. Fuera de la línea PE, las características del sistema TN-CS son las siguientes.

1) La línea cero de trabajo N está conectada con la línea de protección especial PE. Cuando la corriente desequilibrada de la línea es grande, la protección cero del equipo eléctrico se ve afectada por el potencial de línea cero. El sistema TN-CS puede reducir el voltaje de la carcasa del motor a tierra, pero no puede eliminar completamente este voltaje. La magnitud de este voltaje depende del desequilibrio de carga del cableado y la longitud de esta línea. Cuanto más desequilibrada sea la carga y más largo sea el cableado, mayor será la compensación de voltaje de la carcasa del dispositivo a tierra. Por lo tanto, se requiere que la corriente de desequilibrio de carga no sea demasiado grande y que la línea PE se conecte a tierra repetidamente.

2) La línea de PE no puede entrar en el protector de fugas bajo ninguna circunstancia, porque el protector de fugas al final de la línea hará que el protector de fugas frontal se dispare y provoque un corte de energía a gran escala.

3) Además de la línea PE debe conectarse a la línea N en la caja general, la línea N y la línea PE no deben conectarse en otros compartimentos. No se deben instalar interruptores ni fusibles en la línea de PE, y no se debe utilizar tierra como PE. línea.

Mediante el análisis anterior, el sistema de suministro de energía TN-CS se modifica temporalmente en el sistema TN-C. Cuando el transformador de potencia trifásico está en buenas condiciones de funcionamiento y la carga trifásica está relativamente equilibrada, el efecto del sistema TN-CS en el uso de electricidad en la construcción aún es factible. Sin embargo, en el caso de cargas trifásicas desequilibradas y un transformador de potencia dedicado en el sitio de construcción, se debe utilizar el sistema de suministro de energía TN-S.

Sistema de alimentación TN-S

El sistema de alimentación en modo TN-S es un sistema de alimentación que separa estrictamente el neutro de trabajo N de la línea de protección dedicada PE. Se llama sistema de suministro de energía TN-S. Las características del sistema de alimentación TN-S son las siguientes.

1) Cuando el sistema está funcionando normalmente, no hay corriente en la línea de protección dedicada, pero hay corriente desequilibrada en la línea cero en funcionamiento. No hay voltaje en la línea PE a tierra, por lo que la protección cero de la carcasa metálica del equipo eléctrico está conectada a la línea de protección especial PE, que es segura y confiable.

2) La línea neutra de trabajo solo se utiliza como circuito de carga de iluminación monofásico.

3) La línea de protección especial PE no puede romper la línea, ni puede entrar en el interruptor de fuga.

4) Si el protector de fugas a tierra se usa en la línea L, la línea cero de trabajo no debe conectarse a tierra repetidamente, y la línea de PE tiene una conexión a tierra repetida, pero no pasa a través del protector de fugas a tierra, por lo que también se puede instalar el protector de fugas en la línea L de la fuente de alimentación del sistema TN-S.

5) El sistema de suministro de energía TN-S es seguro y confiable, adecuado para sistemas de suministro de energía de bajo voltaje como edificios industriales y civiles. El sistema de alimentación TN-S debe utilizarse antes de que comiencen las obras de construcción.

Sistema de alimentación TT

El método TT se refiere a un sistema de protección que conecta directamente a tierra la carcasa metálica de un dispositivo eléctrico, que se denomina sistema de puesta a tierra de protección, también llamado sistema TT. El primer símbolo T indica que el punto neutro del sistema eléctrico está directamente conectado a tierra; el segundo símbolo T indica que la parte conductora del dispositivo de carga que no está expuesta al cuerpo vivo está conectada directamente a tierra, independientemente de cómo esté conectado a tierra el sistema. Toda la conexión a tierra de la carga en el sistema TT se denomina conexión a tierra de protección. Las características de este sistema de alimentación son las siguientes.

1) Cuando se carga la carcasa metálica del equipo eléctrico (la línea de fase toca la carcasa o el aislamiento del equipo está dañado y tiene fugas), la protección de conexión a tierra puede reducir en gran medida el riesgo de descarga eléctrica. Sin embargo, los disyuntores de circuito de bajo voltaje (interruptores automáticos) no se disparan necesariamente, lo que hace que el voltaje de fuga a tierra del dispositivo de fuga sea mayor que el voltaje seguro, que es un voltaje peligroso.

2) Cuando la corriente de fuga es relativamente pequeña, es posible que incluso un fusible no pueda fundirse. Por lo tanto, también se requiere un protector de fugas para protección. Por tanto, el sistema TT es difícil de popularizar.

3) El dispositivo de puesta a tierra del sistema TT consume mucho acero y es difícil de reciclar, tiempo y materiales.

En la actualidad, algunas unidades de construcción utilizan el sistema TT. Cuando la unidad de construcción toma prestada su fuente de alimentación para uso temporal de electricidad, se usa una línea de protección especial para reducir la cantidad de acero que se usa para el dispositivo de conexión a tierra.

Separe la línea PE de la línea de protección especial recién agregada de la línea cero de trabajo N, que se caracteriza por:

1 No hay conexión eléctrica entre la línea de puesta a tierra común y la línea neutra de trabajo;

2 En el funcionamiento normal, la línea cero en funcionamiento puede tener corriente y la línea de protección especial no tiene corriente;

3 El sistema TT es adecuado para lugares donde la protección del suelo está muy dispersa.

Sistema de alimentación TN

Sistema de suministro de energía en modo TN Este tipo de sistema de suministro de energía es un sistema de protección que conecta la carcasa metálica del equipo eléctrico con el cable neutro de trabajo. Se llama sistema de protección cero y está representado por TN. Sus características son las siguientes.

1) Una vez que se energiza el dispositivo, el sistema de protección de cruce por cero puede aumentar la corriente de fuga a una corriente de cortocircuito. Esta corriente es 5.3 veces mayor que la del sistema TT. En realidad, se trata de una falla de cortocircuito monofásico y el fusible del fusible se fundirá. La unidad de disparo del interruptor de circuito de bajo voltaje se disparará y disparará inmediatamente, haciendo que el dispositivo defectuoso se apague y sea más seguro.

2) El sistema TN ahorra material y horas de trabajo y se utiliza ampliamente en muchos países y países de China. Muestra que el sistema TT tiene muchas ventajas. En el sistema de suministro de energía en modo TN, se divide en TN-C y TN-S según si la línea cero de protección está separada de la línea cero de trabajo.

Principio de funcionamiento:

En el sistema TN, las partes conductoras expuestas de todos los equipos eléctricos se conectan a la línea de protección y se conectan al punto de tierra de la fuente de alimentación. Este punto de tierra suele ser el punto neutro del sistema de distribución de energía. El sistema de energía del sistema TN tiene un punto que está directamente conectado a tierra. La parte expuesta eléctricamente conductora del dispositivo eléctrico está conectada a este punto a través de un conductor de protección. El sistema TN suele ser un sistema de red trifásico con conexión a tierra neutra. Su característica es que la parte conductora expuesta del equipo eléctrico está conectada directamente al punto de puesta a tierra del sistema. Cuando ocurre un cortocircuito, la corriente de cortocircuito es un bucle cerrado formado por el alambre de metal. Se forma un cortocircuito metálico monofásico, lo que resulta en una corriente de cortocircuito suficientemente grande para permitir que el dispositivo de protección actúe de manera confiable para eliminar la falla. Si la línea neutra de trabajo (N) se conecta a tierra repetidamente, cuando la carcasa está en cortocircuito, parte de la corriente puede desviarse al punto de conexión a tierra repetido, lo que puede hacer que el dispositivo de protección no funcione de manera confiable o para evitar la falla. expandiendo así la falla. En el sistema TN, es decir, el sistema trifásico de cinco cables, la línea N y la línea PE se colocan y aíslan por separado entre sí, y la línea PE se conecta a la carcasa del dispositivo eléctrico en lugar de la línea N. Por lo tanto, lo más importante que nos importa es el potencial del cable PE, no el potencial del cable N, por lo que la conexión a tierra repetida en un sistema TN-S no es una conexión a tierra repetida del cable N. Si la línea PE y la línea N están conectadas a tierra juntas, porque la línea PE y la línea N están conectadas en el punto de conexión a tierra repetido, la línea entre el punto de conexión a tierra repetido y el punto de conexión a tierra de trabajo del transformador de distribución no tiene diferencia entre la línea PE y la línea N. La línea original es la línea N. La corriente neutra que se supone es compartida por la línea N y la línea PE, y parte de la corriente se deriva a través del punto de conexión a tierra repetido. Debido a que se puede considerar que no hay una línea PE en el lado frontal del punto de conexión a tierra repetido, solo la línea PEN que consiste en la línea PE original y la línea N en paralelo, se perderán las ventajas del sistema TN-S original, por lo que la línea PE y la línea N no pueden tener conexión a tierra común. Debido a las razones anteriores, se establece claramente en las regulaciones pertinentes que la línea neutra (es decir, la línea N) no debe conectarse a tierra repetidamente excepto en el punto neutro de la fuente de alimentación.

Sistema informático

El sistema de suministro de energía en modo IT I indica que el lado del suministro de energía no tiene tierra de trabajo o está conectado a tierra con alta impedancia. La segunda letra T indica que el equipo eléctrico del lado de la carga está conectado a tierra.

El sistema de suministro de energía en modo IT tiene alta confiabilidad y buena seguridad cuando la distancia del suministro de energía no es larga. Generalmente se usa en lugares donde no se permiten apagones, o lugares donde se requiere un suministro de energía continuo y estricto, como la fabricación de acero con energía eléctrica, quirófanos en grandes hospitales y minas subterráneas. Las condiciones de suministro de energía en las minas subterráneas son relativamente malas y los cables son susceptibles a la humedad. Usando el sistema alimentado por TI, incluso si el punto neutro de la fuente de alimentación no está conectado a tierra, una vez que el dispositivo tiene una fuga, la corriente relativa de fuga a tierra sigue siendo pequeña y no dañará el equilibrio del voltaje de la fuente de alimentación. Por lo tanto, es más seguro que el sistema de conexión a tierra neutral de la fuente de alimentación. Sin embargo, si la fuente de alimentación se utiliza para una gran distancia, no se puede ignorar la capacitancia distribuida de la línea de alimentación a tierra. Cuando una falla de cortocircuito o una fuga de la carga hace que la carcasa del dispositivo se active, la corriente de fuga formará un camino a través de la tierra y el dispositivo de protección no actuará necesariamente. Esto es peligroso. Solo cuando la distancia de la fuente de alimentación no es demasiado larga es más seguro. Este tipo de fuente de alimentación es poco común en el sitio de construcción.

El significado de las letras I, T, N, C, S

1) En el símbolo del método de suministro de energía estipulado por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), la primera letra representa la relación entre el sistema de energía (potencia) y la tierra. Por ejemplo, T indica que el punto neutro está directamente conectado a tierra; I indica que la fuente de alimentación está aislada del suelo o que un punto de la fuente de alimentación está conectado a tierra a través de una impedancia alta (por ejemplo, 1000 Ω;) (I es la primera letra de la palabra francesa Aislamiento de la palabra "aislamiento").

2) La segunda letra indica el dispositivo conductor de electricidad expuesto al suelo. Por ejemplo, T significa que la carcasa del dispositivo está conectada a tierra. No tiene relación directa con ningún otro punto de conexión a tierra del sistema. N significa que la carga está protegida por cero.

3) La tercera letra indica la combinación de cero de trabajo y línea protectora. Por ejemplo, C indica que la línea neutra de trabajo y la línea de protección son una, como TN-C; S indica que la línea neutra de trabajo y la línea de protección están estrictamente separadas, por lo que la línea PE se denomina línea de protección dedicada, como TN-S.

En una red eléctrica, un sistema de puesta a tierra es una medida de seguridad que protege la vida humana y los equipos eléctricos. Dado que los sistemas de puesta a tierra difieren de un país a otro, es importante tener un buen conocimiento de los diferentes tipos de sistemas de puesta a tierra a medida que la capacidad instalada fotovoltaica global sigue aumentando. Este artículo tiene como objetivo explorar los diferentes sistemas de puesta a tierra según la norma de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) y su impacto en el diseño del sistema de puesta a tierra para sistemas fotovoltaicos conectados a la red.

Propósito de la puesta a tierra
Los sistemas de puesta a tierra proporcionan funciones de seguridad al suministrar a la instalación eléctrica un camino de baja impedancia para cualquier avería en la red eléctrica. La puesta a tierra también actúa como punto de referencia para que la fuente eléctrica y los dispositivos de seguridad funcionen correctamente.

La puesta a tierra de equipos eléctricos se logra típicamente insertando un electrodo en una masa sólida de tierra y conectando este electrodo al equipo usando un conductor. Hay dos suposiciones que se pueden hacer sobre cualquier sistema de puesta a tierra:

1. Los potenciales de tierra actúan como referencia estática (es decir, cero voltios) para los sistemas conectados. Como tal, cualquier conductor que esté conectado al electrodo de tierra también poseerá ese potencial de referencia.
2. Los conductores de tierra y la estaca de tierra proporcionan una ruta a tierra de baja resistencia.

Puesta a tierra protectora
La puesta a tierra de protección es la instalación de conductores de puesta a tierra dispuestos para reducir la probabilidad de lesiones por fallas eléctricas dentro del sistema. En caso de avería, las partes metálicas del sistema que no transportan corriente, como marcos, vallas, cerramientos, etc., pueden alcanzar un alto voltaje con respecto a la tierra si no están conectadas a tierra. Si una persona entra en contacto con el equipo en tales condiciones, recibirá una descarga eléctrica.

Si las partes metálicas están conectadas a la tierra de protección, la corriente de falla fluirá a través del conductor de tierra y será detectada por dispositivos de seguridad, que luego aislarán el circuito de manera segura.

La puesta a tierra de protección se puede lograr mediante:

• Instalación de un sistema de puesta a tierra de protección donde las partes conductoras están conectadas al neutro puesto a tierra del sistema de distribución a través de conductores.
• Instalación de dispositivos de protección de corriente de fuga a tierra o sobrecorriente que funcionan para desconectar la parte afectada de la instalación dentro del tiempo especificado y los límites de voltaje de contacto.

El conductor de puesta a tierra de protección debe poder transportar la posible corriente de falla durante una duración igual o superior al tiempo de funcionamiento del dispositivo de protección asociado.

Puesta a tierra funcional
En la puesta a tierra funcional, cualquiera de las partes activas del equipo (ya sea '+' o '-') puede conectarse al sistema de puesta a tierra con el fin de proporcionar un punto de referencia para permitir un funcionamiento correcto. Los conductores no están diseñados para soportar corrientes de falla. De acuerdo con AS / NZS5033: 2014, la conexión a tierra funcional solo está permitida cuando existe una separación simple entre los lados CC y CA (es decir, un transformador) dentro del inversor.

Tipos de configuración de puesta a tierra
Las configuraciones de puesta a tierra se pueden organizar de manera diferente en el lado de la alimentación y la carga mientras se logra el mismo resultado general. La norma internacional IEC 60364 (Instalaciones eléctricas para edificios) identifica tres familias de puesta a tierra, definidas mediante un identificador de dos letras de la forma 'XY'. En el contexto de los sistemas de CA, 'X' define la configuración de los conductores neutros y de tierra en el lado de suministro del sistema (es decir, generador / transformador), e 'Y' define la configuración de neutro / tierra en el lado de carga del sistema (es decir, el cuadro principal y cargas conectadas). 'X' e 'Y' pueden tomar los siguientes valores:

T - Tierra (del francés 'Terre')
N - Neutro
Yo - aislado

Y los subconjuntos de estas configuraciones se pueden definir usando los valores:
S - Separado
C - Combinado

Utilizando estos, las tres familias de puesta a tierra definidas en IEC 60364 son TN, donde el suministro eléctrico se conecta a tierra y las cargas del cliente se conectan a tierra a través de neutro, TT, donde el suministro eléctrico y las cargas del cliente se conectan a tierra por separado, e IT, donde solo las cargas del cliente. están conectados a tierra.

Sistema de puesta a tierra TN
Un solo punto en el lado de la fuente (generalmente el punto de referencia neutral en un sistema trifásico conectado en estrella) está conectado directamente a tierra. Cualquier equipo eléctrico conectado al sistema se conecta a tierra a través del mismo punto de conexión en el lado de la fuente. Este tipo de sistemas de puesta a tierra requieren electrodos de tierra a intervalos regulares durante toda la instalación.

La familia TN tiene tres subconjuntos, que varían según el método de segregación / combinación de conductores neutros y de tierra.

TN-S: TN-S describe una disposición en la que se ejecutan conductores separados para tierra de protección (PE) y neutro a las cargas de los consumidores desde la fuente de alimentación de un sitio (es decir, generador o transformador). Los conductores PE y N están separados en casi todas las partes del sistema y solo están conectados entre sí en el suministro. Este tipo de puesta a tierra se utiliza típicamente para grandes consumidores que tienen uno o más transformadores AT / BT dedicados a su instalación, que se instalan adyacentes o dentro de las instalaciones del cliente.

Figura 1 - Sistema TN-S

TN-C: TN-C describe una disposición en la que un neutro de protección combinado (PEN) se conecta a tierra en la fuente. Este tipo de conexión a tierra no se usa comúnmente en Australia debido a los riesgos asociados con el fuego en ambientes peligrosos y debido a la presencia de corrientes armónicas que lo hacen inadecuado para equipos electrónicos. Además, según IEC 60364-4-41 - (Protección de seguridad - Protección contra descargas eléctricas), no se puede utilizar un RCD en un sistema TN-C.

Fig 2 - Sistema TN-C

TN-CS: TN-CS denota una configuración en la que el lado de suministro del sistema utiliza un conductor PEN combinado para la conexión a tierra, y el lado de carga del sistema utiliza un conductor separado para PE y N. Este tipo de conexión a tierra se utiliza en sistemas de distribución tanto en Australia como en Nueva Zelanda y con frecuencia se le conoce como tierra neutral múltiple (MEN). Para un cliente de BT, se instala un sistema TN-C entre el transformador del sitio y las instalaciones (el neutro se conecta a tierra varias veces a lo largo de este segmento) y se usa un sistema TN-S dentro de la propiedad (desde el cuadro de distribución principal aguas abajo ). Al considerar el sistema como un todo, se trata como TN-CS.

Fig 3 - Sistema TN-CS

Además, según IEC 60364-4-41 - (Protección de seguridad - Protección contra descargas eléctricas), cuando se usa un RCD en un sistema TN-CS, no se puede usar un conductor PEN en el lado de la carga. La conexión del conductor de protección al conductor PEN debe realizarse en el lado de la fuente del RCD.

Sistema de puesta a tierra TT
Con una configuración TT, los consumidores emplean su propia conexión a tierra dentro de las instalaciones, que es independiente de cualquier conexión a tierra en el lado de la fuente. Este tipo de conexión a tierra se utiliza normalmente en situaciones en las que un proveedor de servicios de red de distribución (DNSP) no puede garantizar una conexión de baja tensión a la fuente de alimentación. La puesta a tierra TT era común en Australia antes de 1980 y todavía se usa en algunas partes del país.

Con los sistemas de puesta a tierra TT, se necesita un RCD en todos los circuitos de alimentación de CA para una protección adecuada.

De acuerdo con IEC 60364-4-41, todas las partes conductoras expuestas que están protegidas colectivamente por el mismo dispositivo de protección deben estar conectadas por los conductores de protección a un electrodo de tierra común a todas esas partes.

Fig 4 - Sistema TT

Sistema de puesta a tierra de TI
En una disposición de puesta a tierra de TI, no hay puesta a tierra en el suministro o se realiza mediante una conexión de alta impedancia. Este tipo de puesta a tierra no se utiliza para redes de distribución, pero se utiliza con frecuencia en subestaciones y para sistemas independientes alimentados por generadores. Estos sistemas pueden ofrecer una buena continuidad de suministro durante la operación.

Fig 5 - Sistema de TI

Implicaciones para la puesta a tierra del sistema fotovoltaico
El tipo de sistema de puesta a tierra empleado en cualquier país determinará el tipo de diseño del sistema de puesta a tierra necesario para los sistemas fotovoltaicos conectados a la red; Los sistemas fotovoltaicos se tratan como un generador (o un circuito fuente) y deben conectarse a tierra como tales.
Por ejemplo, los países que emplean el uso de una disposición de puesta a tierra de tipo TT requerirán una fosa de puesta a tierra separada para los lados de CC y CA debido a la disposición de puesta a tierra. En comparación, en un país donde se utiliza una disposición de puesta a tierra de tipo TN-CS, basta con conectar el sistema fotovoltaico a la barra de puesta a tierra principal en el cuadro de distribución para cumplir los requisitos del sistema de puesta a tierra.

Existen varios sistemas de puesta a tierra en todo el mundo y un buen conocimiento de las diferentes configuraciones de puesta a tierra garantiza que los sistemas fotovoltaicos estén conectados a tierra de forma adecuada.