Al conectar a tierra el neutro de un sistema de energía, las ventajas descritas se lograrán siempre que se preste la atención adecuada a la impedancia del circuito desde el neutro del sistema a tierra. Este circuito se ilustra en la figura siguiente para los métodos de conexión a tierra comúnmente utilizados. Estos métodos se conocen como puesta a tierra sólida, puesta a tierra por resistencia, puesta a tierra por reactancia y puesta a tierra del neutralizador de fallas a tierra.

Tipos de aterrizamientos para transformadores y generadores

Tenga en cuenta que cada método se nombra de acuerdo con la naturaleza del circuito externo desde el neutro del sistema hasta la tierra. En cada caso, la impedancia del generador, o transformador, cuyo neutro está conectado a tierra, está en serie con el circuito externo.

Las características de los diversos métodos de puesta a tierra neutra del sistema ya se discuten en muchos artículos publicados anteriormente. Los límites de aplicación y las guías para los diversos métodos se describen con referencia a lo siguiente:

1. Efecto sobre el desarrollo de sobretensiones transitorias

2. Daño en el punto de falla debido a la magnitud de la falla a tierra

3. Aplicación de relés estándar y dispositivos de interrupción de circuito para disparo selectivo por falla a tierra

4. Protección contra rayos

Como se ilustra en la figura aquí debajo, es necesario conectar a tierra cada nivel de voltaje para lograr la protección y las ventajas de la conexión de puesta a tierra con neutro. Por ejemplo, si el sistema de 4.16 kV en este diagrama no estuviera conectado a tierra, este nivel tendría todas las características de un sistema sin conexión a tierra. Al mismo tiempo, los niveles de 33 kV y 480 voltios tendrían las características de sistemas neutros conectados a tierra.

Alternativamente, se debe conectar a tierra una cantidad suficiente de generadores o transformadores para garantizar al menos una conexión a tierra en el sistema en todo momento.

Aterrizamientos independientes por cada nivel de tensión

Cuando un sistema de energía está conectado a tierra en el neutro de los motores conectados en Y, o en los primarios de los transformadores reductores Y-delta, es necesario conectar a tierra varios de estos puntos simultáneamente para garantizar que el sistema permanecerá conectado a tierra cuando uno o más de estas cargas están fuera de servicio.

En consecuencia, la corriente de falla a tierra puede ser excesivamente alta cuando todos los puntos conectados a tierra están en servicio. Dado que las fuentes de energía son menos en número que las cargas y es menos probable que se desconecten, se prefieren como puntos de conexión a tierra, como se muestra en la figura siguiente aquí debajo. 

Otras desventajas de la conexión a tierra en la carga son:

1. Las subestaciones de unidades de centro de carga estándar tienen primarios conectados en delta; por lo tanto, se requieren transformadores especiales si los primarios se van a utilizar como puntos de conexión a tierra.

2. Dado que la corriente de falla a tierra depende del número de alimentadores o puntos de conexión a tierra en funcionamiento, puede variar ampliamente según las condiciones de funcionamiento del sistema. Esto hace que la retransmisión selectiva sea más difícil y puede requerir una retransmisión de tierra direccional adicional para evitar disparos en falso de los circuitos de alimentación en buen estado.

Aterrizamiento de fuentes de generación y no de cargas

Cuando hay dos o más secciones de bus de fuente principal, cada sección debe tener al menos un punto neutro conectado a tierra, ya que el circuito de enlace de bus puede estar abierto, como se muestra en la figura siguiente.

Si hay dos o más fuentes de energía por sección de bus, debe haber disposiciones para conectar a tierra al menos dos fuentes en cada sección.

Sistema aterrizado que consta de 2 o mas secciones que operan totalmente por separado

Cuando el método de conexión a tierra y los puntos de conexión a tierra han sido seleccionados para un sistema de energía en particular, la segunda pregunta a considerar es cuántos neutros de generador o transformador se usarán para la conexión a tierra y si (1) cada neutro se conectará independientemente a tierra o (2) se establecerá un bus neutro con una sola conexión a tierra.

Cuando un sistema de energía tiene solo una fuente de energía (generador o transformador), la conexión a tierra del neutro de esta fuente se puede lograr como se muestra en la figura mas abajo. No es necesario proporcionar un interruptor para abrir el circuito del neutro porque:

1. Los circuitos neutros tienen prácticamente cero potencial con respecto a tierra, excepto durante el corto intervalo de una falla; por tanto, es poco probable que se produzcan averías.

2. No es deseable operar el sistema sin conexión a tierra teniendo la conexión a tierra abierta mientras el generador o transformador está en servicio.

3. El equipo de conmutación neutral aumenta enormemente el costo de la conexión a tierra.

Los interruptores de media tensión para uso en sistemas interiores de 1-52 kV se utilizan principalmente para aislamiento y puesta a tierra. Aunque la mayoría de estos interruptores están aislados en aire o en gas (SF6), también se encuentran disponibles interruptores combinados, que están diseñados para la conmutación de corriente de carga y falla. Debe haber una indicación visual de la posición del interruptor (al ver los contactos o un indicador impulsado directamente por los contactos).

Aterrizamiento en una sola fuente de generación

Cuando hay solo unos pocos generadores o bancos de transformadores de potencia en una estación, con frecuencia se utilizan impedancias neutrales individuales. Con esta disposición, el neutro de cada generador o banco de transformadores principal se conecta directamente a su impedancia neutra sin intervenir equipos de conmutación.

No se requieren instrucciones de funcionamiento especiales, ya que cada impedancia se conecta automáticamente siempre que la fuente de alimentación correspondiente está en uso y se desenergiza cada vez que se desconecta esta fuente.

En el caso de la puesta a tierra de la resistencia, cada resistor debe tener una capacidad nominal suficiente para asegurar una relé satisfactoria cuando opere de forma independiente. En consecuencia, la corriente de tierra con varias resistencias será varias veces la mínima requerida para una relé eficaz.

Cuando se utilizan resistencias individuales, la circulación de corriente armónica entre generadores en paralelo no es un problema, ya que los límites de resistencia la corriente circulante a valores insignificantes.

Aterrizamiento independientes de distintas fuentes de generación

Cuando hay más de dos o tres generadores o bancos de transformadores de suministro de energía en una estación, comúnmente es deseable usar solo una resistencia. Luego, cada fuente de poder se conecta a la resistencia a través de un bus neutro y un equipo de conmutación neutral como se muestra en la figura siguiente. Esta disposición mantiene la corriente de falla a tierra en un mínimo práctico, ya que la corriente de tierra de la estación nunca es mayor que la que se puede suministrar a través de una sola resistencia.

También asegura el mismo valor de corriente de tierra independientemente del número de generadores o transformadores que use y simplifica la conexión a tierra.

Puesta a tierra en bus con neutro en dos o mas fuentes de generación

Cuando se va a apagar el generador cuyo neutro está conectado a tierra, el segundo generador se conecta a tierra por medio de su interruptor de neutro antes de que se abran los interruptores de línea y neutro del primero. Este procedimiento asegurará que el sistema esté conectado a tierra en todo momento.

En el caso de múltiples transformadores, todos los interruptores de neutro pueden estar normalmente cerrados porque la presencia de devanados conectados en triángulo (que casi siempre están presentes en al menos un lado de cada transformador) minimiza la circulación de corrientes armónicas entre transformadores.