(20) La toma de tierra en FV

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Homo_non_sapiens
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#1 (20) La toma de tierra en FV

Mensaje por Homo_non_sapiens » 24 Feb 2019, 11:20

Empezaremos con decir para que sirve la toma de tierra. Una toma de tierra es, básicamente, la conexión de un conductor metálico (un cable) a nuestro planeta. Por ejemplo, una piqueta metálica clavada en la tierra de nuestro jardin. Pero este capítulo tratará también de poner un borne de la fuente AC (mono- o trifásica) al potencial de tierra, para obtener un "neutro". Teniendo un "neutro", en el caso de AC monofásica, la instalación eléctrica será con tres cables en toda la vivienda: Un cable conectado a tierra (por convención verde-amarillo), un cable "neutro" (por convención azul; puesto al potencial de tierra) y un cable "fase" (por convención marrón o negro). El esquema correspondiente se llama "TT" y es el habitual en nuestro país - y en muchos otros (ver capítulo 20). En los esquema TT y TN (ver capítulo 20), entre fase y neutro hay 230Vac, entre fase y tierra también 230Vac y entre neutro y tierra 0Vac. Si la fase hace contacto con tierra, se produce un cortocircuito con todas sus consecuencias

La condición necesaria para llevar el neutro al potencial de tierra, es que debe existir un buena toma de tierra. Por ejempo, una o varias piquetas (de ~1 metro) clavadas en la tierra o una conexión eléctrica al metal de los cimientos de la casa. Si la instalación eléctrica es una acometida de la red pública, esta toma de tierra ya se instaló en la fase de construcción de la casa. Pero para la instalación eléctrica de una casa de campo sin toma de tierra, por ejemplo, tendremos que hacer nosotros la toma de tierra - si queremos el esquema TT o TN, claro

Otra opción para la casa de campo sería hacer la instalación según el esquema IT (ver capítulo 20), también llamada "AC flotante", con solo dos cables: Uno azul (que no será "neutro") y uno marrón o negro (que no será "fase"). En este caso no hay toma de tierra ni cable verde-amarillo. Entre las dos fases (el cable azul y el marrón o negro) habrá 230Vac, igual que en el esquema TT, pero ninguno de los dos cables tendrá una tensión definida respecto a tierra y tampoco puede fluir corriente entre uno de los cables y tierra. Si uno de los cables hace contacto con tierra, no pasa nada
El gran inconveniente del esquema IT: Los interruptores diferenciales (IDs) no sirven para proteger a las personas! (ver capítulo 21)

Después de esta introducción ya podemos decir, para qué sirve la toma de tierra
Son varias las finalidades de una posible toma de tierra: Evitar diferencia de potencial entre las partes metálicas de la casa y la tierra; cierta protección contra rayos y la puesta del neutro al potencial de tierra (según esquema TT o TN), para proteger a las personas, gracias a los IDs:

1. El pararrayos
Su intención es reducir posibles picos de tensión e intensidad en la instalación eléctrica de la vivienda, debidos a fenómenos eléctricos de la atmósfera, evitando daños mayores en equipos y personas. El ejemplo clásico es el impacto de un rayo eléctrico en las cercanías inmediatas de la vivienda. Este evento puede generar altas tensiones en partes metálicas expuestas, por ejemplo en la antena de la TV, que a continuación puede trnsmitirse a la instalación eléctrica de la casa y dañar equipos y/o personas. Instalando un pararrayos metálico en el punto más alto de la casa, expuesto a la intemperie y conectándolo mediante un conductor de poca resistencia a una buena toma de tierra, la descarga electrica irá predominantemente a tierra, reduciendo la probabilidad de daños
Personalmente dudo de la eficiencia del pararrayos, porque si un rayo cae sobre tierra en la cercanía de la vivienda, un pararrayos puede tener el efecto contrario: La descarga eléctrica fortísima por tierra en la cercanía puede transmitirse parcialmente al pararrayos, generando picos de tensión e intensidad en la instalación de la casa, que no hubiesen ocurrido sin pararrayos. Este riesgo se suele expresar diciendo "el pararrayos podría atraer los rayos" y me parece especialmente probable, si en una casa con esquema TT/TN se conecta el pararrayos a la misma toma de tierra que la instalación eléctrica
Yo diría que la instalación de un pararrayos se haga (o no) según la decisión de cada cual. Y si se instala en una vivienda con esquema TT, que el pararrayos tenga su propia toma de tierra, que esté lo más alejada posible de la toma de tierra de la instalación eléctrica de la casa ...

2. La toma de tierra según el esquema TT/TN (puesta del neutro al potencial de tierra)
Con el esquema TT/TN habrá tres cables en la instalación: El verde-amarillo (tierra), el azul (neutro) y el marrón o negro (fase). Pongamos tener una buena toma de tierra, sea la de la casa o una hecha por nosotros. El primer paso será asegurarse de que todos los aparatos eléctricos con chasis metálico tengan ese chasis puesto a tierra, es decir, el cable verde-amarillo debe estar conectado a todos los chasis metálicos. Con esto se consiguen dos cosas:
- No puede haber diferencia de potencial entre los chasis metálicos y la casa ---> no hay riesgo de descarga eléctrica al tocar un chasis
- Si la fase o el neutro contactara al chasis, debido a un defecto interno, se detectaría, porque saltaría el magnetotérmico por cortocircuito
Pero lo más importante es, que teniendo el esquema TT o TN, podemos instalar interruptores diferenciales (IDs), para la protección de personas!

El funcionamiento de un ID se describirá detalladamente en el capítulo 21; aquí solo diremos que un ID detecta cualquier fuga de corriente, es decir diferencia de intensidad entre la fase y el neutro, cortando el circuito cuando esta diferencia es >30mA
El ID salta, cuando parte de la corriente eléctrica toma un camino distinto al habitual, por ejemplo por una persona a tierra
Ejemplo: Pongamos que una persona entra en contacto con la fase, por descuido o por un defecto. Como la persona siempre está en contacto con la tierra (con los pies en el suelo), pasará una corriente por su cuerpo, que será molesta o incluso peligrosa. Cuanto menos resistencia ofrece la persona, por ejemplo estando descalza con los pies mojados, más intensidad pasará por ella. Pero inmediatamente saltará el ID, evitando daños a la persona. Normalmente el ID reacciona tan rápido, que la persona apenas se entera del percance - simplemente notaría que se ha cortado la luz. Un ejemplo práctico es cortar, sin querer, el cable de un cortacesped eléctrico: Como mucho, se notará una ligera sacudida y ya saltará el ID. Sin el ID, la intensidad que pasa por el cuerpo podría ser mortal, si uno está descalzo sobre el césped húmedo ...
Nota: He puesto el ejemplo para la fase, pero lo mismo es cierto para el neutro (ver capítulo 21)

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Por fin llegamos al tema central de este capítulo: Cómo hacer una buena toma de tierra en FV ?

Caso 1: Toma de tierra en aislada, montando un esquema TT desde el inversor
Un sistema FV en aislada es autónomo, sin conexión a la red pública. La energía eléctrica la suministra el campo fotovoltaico con un inversor. Como almacén de energía hay un banco de baterías y como respaldo, un generador. El ejemplo clásico es la casa de campo, alejada del pueblo

Para el esquema TT, lo primero que hay que hacer es una buena toma de tierra: Se clava una piqueta metálica de 1-1.5m en un lugar no rocoso -y al ser posible, húmedo- del terreno y se lleva un cable de grosor suficiente (>= 16mm²) hasta la casa. El cable conviene que sea desnudo, pero también sirve uno aislado. En muchos casos el terreno es rocoso y una sola piqueta no haría buen contacto con la tierra. Entonces se clavan varias piquetas con 20-100cm de distancia entre ellas y se conectan todas entre sí. Desde una cualquiera de ellas se lleva el cable a la casa, donde se conecta a un enpalme, que será la "tierra" de la instalación y al que se conectarán los cables verde-amarillos. A veces puede ser necesario, preparar el terreno para las piquetas, cavando y mezclando tierra con carbón vegetal molido, para garantizar poca resistencia entre piquetas y tierra

A continuación se instala el sistema FV con todas sus componentes, incluyendo un cuadro de protección para la vivienda. Éste, además de magnetotérmicos, dispondrá de por lo menos un interruptor diferencial (ID), como primer elemento del cuadro de protección
El inversor se montará aguas arriba del cuadro de protección. Un inversor de aislada ("off grid") tiene la salida AC flotante: Los dos bornes de su salida AC están libres, sin conexión al chasis o a tierra, es decir, los dos son equivalentes. A uno de ellos se conecta el cable azul (si un borne lleva la letra "N", a éste), y al otro borne (letra "L") el cable marrón o negro. Para un esquema TT hay que conectar también el cable verde-amarillo al borne "N", es decir, hay que juntar el cable azul con el verde-amarillo
Repito: Todo esto tiene que ser aguas arriba del primer diferencial en el cuadro de protección!
Los tres cables se llevan al cuadro de protección y se conectan en sus respectivos bornes: El verde-amarillo al de tierra ("G", el enpalme que habíamos preparado para la toma de tierra), el azúl al neutro ("N" del ID) y el marrón (o negro) a la fase ("L" del ID). Desde la salida del cuadro de protección, estos tres cables irán a todos los circuitos de la vivienda. Y claro, conectaremos el cable verde-amarillo a todas los chasis metálicos de los electrodomésticos - y también a otras partes metálicas, por ejemplo a la tubería del agua (si los tubos son metálicos)

Ya tenemos nuestro esquema TT: El ID saltará al registrar cualquier fuga a tierra, protegiendo a las personas. Y los magnetotérmicos protegerán a los aparatos y a la viviendo de posibles daños por cortocircuito o sobrecarga

Nota 1: Si se instalan varios circuitos eléctricos en la casa, por ejemplo "cocina", "baño" y "salón", es recomendable instalar un ID por circuito

Nota 2: Si se opta por instalar un pararrayos y conectar las partes metálicas del campo FV a tierra, es recomendable no usar la misma toma de tierra, sino montar otra, clavando otras picas de tierra lo más lejos posible de las primeras

Nota 3: Respecto al banco de baterías, se puede conectar uno de los dos polos -habitualmente el negativo- a tierra, con prefencia a la toma de tierra del pararrayos. Personalmente prefiero dejar la batería flotante, sin conexión a tierra
La estructura metálica del campo FV, al igual que el chasis del regulador -si es metálico- se puede conectar a la toma de tierra del pararrayos, si se quiere. Y el chasis del inversor, a la toma de tierra de la casa. Personalmente he dejado la estructura metálica del campo FV y esos chasis sin conexión a tierra, dado que no hay protección por el ID, ya que estamos aguas arriba del mismo


Caso 2: Toma de tierra en asistida, es decir con apoyo de una instalación eléctrica existente, según esquema TT
En un sistema FV asistido, el inversor dispone de una entrada "AC in", a la que se conecta la red pública. El inversor usa esta entrada para (1) cargar la batería o (2) hacer "bypass" entre la red y la salida AC del inversor. En aislada, esa entrada "AC in" es para conectar el generador
En FV asistida se monta un sistema FV idéntico al de aislada, con la diferencia de que la casa ya está conectada a la red pública de electricidad. El inversor es del tipo "off grid", con la opción de conmutar entre "FV" y "red", pero sin sincronizar con la red, con lo que no permite inyectar a red ni sumar FV con red. Es decir, nunca se pueden juntar la AC de la red con la AC del inversor. La red pública sirve de respaldo y de apoyo, es decir, hace el papel del generador en aislada. La REBT exige para una instalación FV asistida, que no debe haber "interconexión entre el generador (léase inversor) y la red de distribución pública"

La única diferencia con el apartado anterior, es que no hay que hacer una toma de tierra, porque ya existe: Es la "tierra de la casa", que se instaló al construirse la vivienda. Esta misma toma de tierra la usaremos para el sistema FV
Damos por supuesto, que la instalación eléctrica de la casa ya existe y es según esquema TT, con su cuadro de protección, sus IDs y los tres cables (azul, marrón y verde-amarillo) en toda la casa. Entonces realizamos el esquema TT igual que en aislada, juntando el cable azul en la salida del inversor con el verde-amarillo de la instalación casera. Eso es todo

Aviso importante: La unión neutro - tierra (cables azul y verde-amarillo) debe hacerse aguas arriba del primer ID (situado en el cuadro de protecciones). Es decir, si derivamos permanentemente a tierra el borne "N" de la salida AC del inversor, uniendo los cables azul y verde-amarillo, hay que cumplir una condición absolutamente necesaria para que la cosa funcione: Los cables que van del cuadro de protección a la entrada "AC in" del inversor, tienen que derivarse directamente detrás del ICP en el cuadro de protección, antes de pasar por el primer ID !
Al no hacerlo así, cuando el inversor entra en modo "bypass", es decir, al hacer una conexión directa entre "AC in" y "AC out", habría una derivación del neutro a tierra aguas abajo de un ID - y este ID podría saltar ... :cryb
Este aviso es solo para el caso de un inversor-cargador que tenga la opción de hacer "bypass". Un inversor simple, sin cargador y sin la opción de hacer "bypass", no tiene la entrada "AC in" y lógicamente no existe este "problema" al derivar el "N" de la salida AC a tierra. En este caso se puede usar una toma de tierra independiente, por ejemplo una piqueta clavada en el jardín, para poner a tierra el N de la salida AC del inversor

Para hacer el bypass, es decir, para conmutar entre FV y red (y viceversa), el REBT exige un conmutador (manual o automático) con paso por cero, que conmute la fase y el neutro (cables marrón y azul) y que interrumpa la conexión a tierra durante la conmutación


Caso 3: Toma de tierra en interconexión con la red, es decir, cuando la salida AC del inversor sincroniza con la red
En este caso el inversor sí puede sincronizar con la red, posibilitando el vertido de energía a la red y también sumar energía de FV y red (inversor "on grid"). Para este tipo de inversor, el REBT impone muchas normativas que hay que respetar, si queremos montar un sistema FV conforme a la REBT
Yo no soy amigo de tanto reglamento y reconozco, que no me aclaro con las muchas normativas que impone el REBT para un sistema FV interconectado, por lo que este último apartado lo redactará un compañero en un futuro capítulo "La toma de tierra para FV en interconexión con la red"
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