Conceptos básicos para el diseño de un sistema aislado de tierra “IT” con vigilancia del aislamiento

Los sistemas eléctricos aislados de tierra suponen una ventaja intrínseca para la protección contra los riesgos de la energía eléctrica en las personas y las instalaciones. Para diseñar un sistema eléctrico aislado de tierra IT con vigilancia del aislamiento, se debe considerar una serie de puntos imprescindibles, que determinarán la eficacia, continuidad y seguridad de la instalación.

Los conceptos a considerar son las siguientes:

  • Fuente de energía eléctrica aislada de tierra
    (transformador de separación, generador, baterías,…)
    Ninguno de los conductores activos debe estar unido a tierra (fases, neutro, punto estrella del transformador o generador, positivo, negativo).
    En caso de alimentar el sistema a través de un SAI, convertidor de frecuencia, inversor u otro sistema electrónico de potencia, hay que verificar si este incluye un transformador o se alimenta desde una red en configuración de sistema aislado de tierra IT. El motivo es que estos sistemas electrónicos no suponen una separación galvánica y por ello la configuración del sistema es la misma que la del sistema de alimentación.
  • Consumidores aptos para sistemas aislados de tierra
    Hay que asegurar que los consumidores estén preparados para funcionar en sistemas aislados de tierra; varistores de protección internos referenciados a tierra, condensadores de filtrado, puentes entre la neutro y tierra, … afectan a la idoneidad del equipo para funcionar en un sistema aislado de tierra IT, ya que reducen el nivel de aislamiento o afectan a la vigilancia del aislamiento.
  • Masas de los consumidores conectados a tierra
    Las masas de todos los equipos / consumidores del sistema deben conectarse a tierra, bien sea individualmente o por grupos.
  • Sistema equipotencial complementario (opcional)
    En algunas instalaciones (quirófanos, …), especialmente en aquellas donde no se puede permitir la desconexión mediante protección diferencial direccional o similar, se instalara un sistema equipotencial complementario, según UNE 20.460-4-41; todas las masas de un mismo recinto / sala dispondrán de una conexión adicional a una barra equipotencial complementaria (conectada a tierra), para evitar diferencias de potencial entre los distintos equipos en caso de doble fallo (p. ej. fallo de aislamiento e interrupción del conductor de protección).
  • Equipos de medida o control, aislados de tierra
    Es importante asegurarse que los equipos de medida y control previstos o instalados en la red no producen una unión de baja resistencia entre los conductores activos (fases, neutro, punto estrella del transformador o generador, positivo, negativo) y tierra.
    Esto se puede producir a través de transformadores de medida, a través de los propios equipos de medida (especialmente multímetros o analizadores de red), equipos instalados entre la red y tierra (p. ej. pilotos de presencia de tensión), …
    En caso de ser necesaria la instalación de este tipo de equipos con referencia a tierra, hay que tener en cuenta que, aunque dispongan de una elevada resistencia interna a tierra, la instalación en paralelo (en cualquier punto de la red) de varios de estos equipos, reduce drásticamente el aislamiento intrínseco del sistema.
  • Descargadores de sobretensiones
    Los descargadores de sobretensiones (varistores) suponen una unión (normalmente de elevada resistencia) entre el sistema (red) y tierra. En caso de instalar un elevado número de descargadores en el sistema (red), el valor de aislamiento se reducirá con la suma en paralelo e las resistencias de los varistores; p. ej. cinco varistores con resistencia entre la red y tierra de 1 MΩ supone reducir el aislamiento de la red por debajo de 200 kΩ.
    La tensión nominal de los varistores debe ser adecuada a la máxima tensión que puede aparecer entre el sistema (red) y tierra; en caso de redes trifásicas y un fallo de aislamiento monofásico franco, la tensión de las otras fases con tierra será la compuesta. P. ej. en caso de una red 230/400V, la máxima tensión permanente del descargador deberá ser >400V.
  • Vigilante de aislamiento
    Para una correcta medida del nivel de aislamiento, es esencial la elección adecuada del vigilante de aislamiento (técnica de medida) que se va a utilizar en el sistema aislado. En cualquier caso, el vigilante de aislamiento deberá cumplir la norma EN61557-8, teniendo que estar preparado para vigilar y detectar fallos de aislamientos de forma fiable, tanto simétricos como asimétricos, en sistemas con elevado nivel de perturbaciones o elevada capacidad a tierra, si el sistema/consumidores lo requieren.
    Dependiendo del circuito principal del sistema y del tipo de consumidores, podrán aparecer fallos de aislamiento AC, DC o mixtos (tensión alterna con continua superpuesta). Esto determinará la técnica de medida necesaria y más adecuada.
  • Tensión nominal (máx.) del sistema
    El vigilante de aislamiento debe ser adecuado a la máxima tensión que puede aparecer entre el sistema y tierra en caso de un fallo de aislamiento. En caso necesario se deberá instalar un acoplador de tensión adecuado.
  • Capacidad de derivación (máx.) del sistema (AC)
    La capacidad de derivación de la red Ce en sistemas AC es un importante criterio de selección para un vigilante de aislamiento. La capacidad de derivación de la red es la suma de todas las derivaciones capacitivas (natural por la longitud de los cables (aprox. 120 pF/m); artificial p. ej. por filtros EMC en el sistema o en los propios consumidores electrónicos) de todos los conductores activos a tierra, siendo Ce máx. el valor hasta el que el vigilante de aislamiento puede trabajar de acuerdo a la técnica de medida utilizada.
  • Valor de respuesta
    Dependiendo de la instalación y las normas aplicables, se deberá elegir un vigilante de aislamiento ajustable al valor adecuado de cada sistema. Como valor de referencia de las diversas normativas nacionales y europeas, se puede indicar que el valor mínimo de aislamiento (considerado como seguro) para una instalación de baja tensión será de 50 Ω/V. Es recomendable que el vigilante de aislamiento disponga de dos niveles de alarma, para poder establecer una alarma previa y una principal.
  • Tensión auxiliar
    Los modernos vigilantes de aislamiento requieren de una alimentación auxiliar para su funcionamiento. Si la alimentación se realiza de la misma red / sistema que se va a vigilar, no será posible medir el aislamiento de la instalación en vacío / sin tensión.
  • Sistema de búsqueda de fallos de aislamiento (opcional)
    En caso de redes extensas y/o muy ramificadas, dado que se puede instalar solamente un vigilante de aislamiento activo por cada sistema galvánicamente unido (ya que varios vigilantes de aislamientos en una única red se interfieren entre si), se recomienda la instalación de sistemas automáticos de localización de fallos de aislamiento.
    Esta opción es importante en la elección del vigilante de aislamiento, ya que algunos modelos incluyen el generador de señal de prueba necesario y una impedancia interna que no influye en la medida del aislamiento.
  • Condiciones medioambientales especiales (opcional)
    En instalaciones con condiciones medioambientales extremas (p. ej. instalaciones navales, centrales nucleares, grupos móviles,…) puede ser necesaria la elección de vigilantes de aislamiento con tratamientos especiales para temperaturas y humedades o para vibraciones elevadas.
  • Integración en sistemas de control o visualización (opcional)
    Hay vigilantes de aislamiento con bus de comunicación, salida analógica, registro de históricos,… que permiten transmitir la información del nivel de aislamiento a p. ej. el personal de mantenimiento.

Teniendo en cuenta estas conceptos y consideraciones (y las normas y reglamentos vigentes) se podrá diseñar e instalar un sistema aislado de tierra IT con una elevada seguridad y continuidad de servicio.

En algunos casos especiales, como redes con variaciones de tensión dinámicas (instalaciones PV, vehículos híbridos o eléctricos,…), redes con elevado número de interferencias (variadores de velocidad,…) y/o elevadas capacidades a tierra (redes extensas o con filtros EMI,…), es especialmente necesario verificar la idoneidad del vigilante de aislamiento instalado, que ha de detectar de forma fiable cualquier variación del aislamiento.

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