Download Impacto del neutro flotante en redes de distribución

 Impacto del neutro flotante en redes de
distribución
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Introducción:
Sí el neutro de una red se abre o rompe tanto en el lado de la fuente ( trafo, generador, etc) o en el lado de la
carga (tablero de distribución del usuario), el neutro flotará o perderá su referencia a tierra. Esta condición de
neutro flotante puede causar tensiones que flotarán hacia los máximos de fase (votios RMS) relativos a tierra,
sujetos a las condiciones de desbalance de carga.
La condición de neutro flotante en un circuito de potencia tiene diferentes impactos dependiendo del tipo de
fuente, tipo de instalación y balance de carga del sistema. Un neutro roto o suelto o perdido danaría la carga
conectada o crearía peligrosas tensiones de toque en los equipos.
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Qué es neutro flotante?
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Sí el punto de la estrella de una carga desbalanceada no es unido al punto de la estrella (trafo de distribución o
generador con conexión delta estrella) sucede que la tensión no permanecerá igual en cada fase sino que flotará
de acuerdo del desbalance de la carga.
Como el potencial del punto estrella aislado o punto neutro esta siempre cambiando y no se fija, a ésta situación
se le llama Neutro Flotante.
Condición Normal vrs condición de Neutro Flotante
Condición Normal:
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En sistemas trifásicos hay tendencia sistema estrella aterrizado sólidamente lo que ayuda al balanceo de
las fases; el punto de la estrella estará cercano a 0 voltios dependiendo de la distribución de la carga.
Los sistemas trifásicos pueden o no tener conductor neutro. Un neutro permite usar tensiones más altos
(fase-fase) y menores (fase-neutro) para aparatos a baja tensión. En tensiones mayores es común no
tener cable neutro ya que sus cargas se conectan fase-fase.
Sistema sano o normal
R
120V
208V
208V
S
208V
T
Carga monof.
Carga monof.
Carga monof. Carga trifásica. Fase‐Fase=208V Fase‐Neutro=120V Neutro‐Tierra<3V
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Sistema tres hilos – tres fases:
Los sistemas trifásicos tienen propiedades que los hacen muy apropiados en sistemas eléctricos de potencia. Primero las
corrientes tienden a cancelarse una a otra (sumando cero en caso cargas lineales balanceadas).
Esto hace posible eliminar el neutro en algunas líneas. Segundo la transferencia de potencia en una carga lineal
balanceada es constante.
Tres fases 4 hilos para cargas mixtas:
La mayoría de las cargas domésticas son monofásicas. Generalmente cargas trifásicas son muy escasas en los hogares
o su uso se hace en tableros fuera de la vivienda. .
La ley de Corrientes de Kirchhoff establece que la suma de Corrientes en un nodo es cero. Sí el punto neutro es el nodo,
luego, en un sistema balanceado, una fase se encuentra con las otras dos fases, resultando en corriente cero en el
neutro. En un sistema desbalanceado en carga resultaría una corriente fluyendo por el neutro, así manteniendo la suma
de corrientes en cero.
Por ejemplo, en un sistema balanceado, corriente entrando al nodo del neutro se considera positiva y la corriente
saliendo del nodo neutro se considera negativa.
Esto se hace más complicado en sistemas de potencia trifásicos porque ahora debemos considerar el ángulo de fase,
pero el concepto es el mismo. Sí estamos conectados en estrella con un neutro, entonces el neutro tendría cero corriente
solamente si las tres fases tienen igual corriente en cada una: Si hacemos un análisis vectorial de esto; adicionando
Sen(x), sen(x+120) y sen(x+240), tendríamos cero.
La misma cosa sucede cuando la conexión es en Delta, sin neutro, pero el desbalance sucede afuera en el sistema de
distribución, más allá de los transformadores de servicio, porque el sistema de distribución generalmente está conectado
en estrella.
El neutro nunca debe ser conectado a tierra excepto en el punto de servicio donde el neutro es aterrizado inicialmente
(en el transformador de distribución). Esto puede crear una trayectoria para la corriente hacia la fuente de servicio.
Cualquier interrupción en la trayectoria de tierra podría exponernos a una elevación de potencial. Aterrizando el neutro en
un sistema trifásico ayuda a estabilizar las tensiones de fase. Un neutro No aterrizado es algunas veces referido como
“NEUTRO FLOTANTE” y tiene muy pocas aplicaciones.
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CONDICIÓN DE NEUTRO FLOTANTE
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La potencia fluye hacia o desde los usuarios, esta es la premisa en un circuito de distribución, entrando vía la fase y
saliendo vía neutro. Sí hay una ruptura del neutro las trayectorias de retorno de corriente pueden tomar otros rumbos. El
flujo de potencia entrando en una fase retorna a través de las otras dos fases. El punto neutro no está a nivel de tierra y
flotaría hacia el voltaje de línea. Esta situación puede ser muy peligrosa y el usuario puede sufrir fuertes choques
eléctricos si llegara a tocar algo que esté bajo tensión, igualmente los equipos podrían sufrir daños.
CONDICIÓN DE NEUTRO FLOTANTE
R
208V
208V
S
208
T
120V Carga 1F Carga
1F
Carga
1F
Carga 3F V Fase‐fase = 208V (No hay efectos en cargas trifásicas)
Fase ‐ Neutro = 120V (Mínimo 0 V hasta 208V dependiendo de la carga) Fase ‐ Tierra = 120V Neutro – Tierra = 120V 
La rotura del neutro puede ser difícil de detector y en algunas instancias puede no ser fácilmente identificable. Algunas
veces los neutros rotos pueden ser identificados por el parpadeo de luces o caída o elevación de la tensión. Se debe
tener cuidado al observar estos síntomas y sospechar de una rotura del neutro y tomar las medidas de seguridad
adecuadas.
MEDIDAS DE TENSIÓN ENTRE NEUTRO Y TIERRA
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Una regla comúnmente usada principalmente en la industria es una tensión neutro – tierra de 2 voltios o menos en un
dispositivo (toma) es OK, mientras que unos pocos voltios demás indica una condición anómala; 5 voltios es el límite
superior.
Recomendación: sí la tensión Neutro –Tierra es baja en el toma, el sistema está sano, sí la tensión N-T es alta, entonces
se debe determinar si el problema está en el circuito ramal o a nivel del panel o tablero de distribución que corresponda.
La tension N-T existe porque hay una caida de tensión debido a la IR viajando del neutro a tierra a través del puente
equipotencial. Sí el sistema está correctamente cableado, no debería haber puente equipotencial, excepto en el
transformador . Bajo esta situación, el conductor de tierra no tendría corriente y no habría caída (IR) en él. En efecto, el
conductor de tierra se considera como una cola larga de prueba equivalente al puente Neutro – Tierra.
Nota: Una lectura alta indicaría un neutron compartido, p.e. un neutro compartido entre más de un circuito ramal. Este
neutro compartido simplemente incrementa las oportunidades de sobrecarga afectando los circuitos relacionados.
LECTURA CERO: algún valor de voltaje N-T es normal en un circuito con carga. Sí la lectura es estable y cercana a cero
V., hay una sospecha de un puente en el toma o dispositivo o el el panel o subpanel. Algun otro puente (s) N-T diferentes
al del transformador (o en el equipo de acometida) debe ser removido para prevenir corrientes de retorno fluyendo a
través de los conductores de tierra.
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VARIOS FACTORES QUE CAUSAN UN NEUTRO FLOTANTE:
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Hay varios factores que se identifican como causantes de un neutro flotante. El impacto de un neutro flotante depende
de la posición donde se rompió el neutro.
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1)
En un transformador trifásico de distribución:
Falla del neutro en el transformador es generalmente falla en el borne de conexión.
El uso de bornas terminales no aptas para el uso puede causar puntos calientes, aflojar el conductor neutro y sobrevenir
la falla de neutro flotante. Se debe tener cuidado al usar conductores de aluminio y usar los elementos de unión
certificados para el uso.
El manejo poco profesional del electricista al hacer la conexión inicial, o la poca pericia o conocimiento técnico puede
general a mediano plazo fallos en la conexión del neutro.
Un neutro roto en un trasformador trifásico causará que el voltaje flote hacia la tensión de línea dependiendo del balance
de carga del sistema. Este tipo de neutro flotante puede causar daños en los equipos conectados a este trafo.
Bajo condiciones normales la corriente fluye desde la fase a la carga y de la carga a la fuente (trafo). Cuando el neutro se
rompe la corriente de la fase R regresa por la fase S o la fase T, resultando una tensión línea-línea entre las cargas.
Algunos usuarios verán sobre voltajes, mientras otros verán bajos voltajes.
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2) Rotura de un conductor neutro en una línea aérea de baja tensión:
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El impacto de la rotura de un conductor neutro de baja tensión aéreo será similar a la de una rotura en un transformador.
La tensión de suministro tenderá a subir a la tensión de línea – línea. Este tipo de fallo puede causar daños a los
usuarios conectados
3) Rotura del conductor neutro de servicio:
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Una rotura de neutro de servicio resultará en una pérdida del suministro solamente (para circuitos monofásicos 3 hilos).
No habrá daños en equipos de los usuarios.
4)
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Alta resistencia del neutro en el trafo de distribución:
Una buena Resistencia de puesta a tierra provee de una trayectoria de baja resistencia a la corriente del neutro drenando
a tierra y al contrario una alta resistencia provee una trayectoria de alta resistencia a tierra para la corriente del neutro.
Una resistencia de puesta a tierra baja, permitirá una adecuada corriente de falla para hacer operar rápidamente los
dispositivos de protección y evitará el desplazamiento del neutro.
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5)
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Sobre carga y desbalance de carga:
Sobrecarga del circuito de distribución combinado con una mala distribución de carga es una de las causas más
comunes de la falla en el neutro.
El neutro debe ser diseñado de modo que una minima corriente fluya por él. Teoricamente la corriente en el neutron debe
ser cero en condiciones de carga trifásica balanceada debido a la cancelación en la suma vectorial por el desplazamiento
angular de 120° en las corrientes de línea..
IN= IR<0 + IS<120 + IT<-120.
En un circuito sobrecargado y en desbalance una gran cantidad de corriente fluirá por el neutro y éste podría falla en
algún punto débil.
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6)
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Neutro compartido:
Algunos edificios son cableados a dos o tres fases compartiendo un solo neutro. La idea original era duplicar el nivel del
circuito ramal de cuatro hilos (tres fases y un neutro) instalados en tableros de distribución. Teóricamente, solamente la
corriente de desbalance retornaría por el neutro. Esto permite un neutro para circuitos trifásicos. Este tipo de cableado
podría fallar debido al crecimiento de cargas monofásicas No Lineales. El problema es la corriente de secuencia cero.
A partir de cargas no lineales, principalmente tercer armónico, las corrientes se suman aritméticamente y regresan por el
neutro. Además de ser un problema potencial de seguridad a causa de sobrecalentamiento debido a un tamaño inferior
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del neutro, la corriente de neutro adicional crea una mayor tensión de neutro a tierra. Esta tensión neutro- tierra se resta
de la tensión de línea - neutro a disposición de la carga. Esto nos muestra que los neutros compartidos son una de las
peores ideas en las redes eléctricas.
7 Mano de obra deficiente & mal mantenimiento:
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Normalmente a los circuitos de baja tensión no se les da un buen mantenimiento. Un mal dimensionamiento del neutro
puede causar problemas que conlleven a un neutro flotante.
Cómo detector una condición de neutro flotante en un panel o tablero de distribución? :
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Un ejemplo para entender una condición de Neutro Flotante: tenemos un transformador con su secundario conectado en
estrella = Vfn = 120 V y Vff = 208V.
Condition (1): Neutro NO Flotante
Sí en neutro está aterrizado las tensiones permanecen estables esto es Vfn = 120 V y Vff= 208 V = NEUTRO NO
FLOTANTE.
Condition (2): Neutro Flotante
Todos las cargas están conectadas; sí el conductor neutro de un circuito se desconecta desde el panel principal mientras
que la fase permanece conectada y energizada y todas las cargas están conectadas a los tomas y sí Ud toma un
probador de fase con lámpara de neón y prueba sobre el hilo del neutro; el neón se encenderá como si fuera una fase
viva, ya que está alimentado con una pequeña corriente que viene de la fase y a través del dispositivo (carga) conectado
a un toma corriente hacia el neutro
Todas las cargas están desconectadas; alumbrado y cualquier carga en tomacorrientes desconectadas del circuito, el
Neutro no parecerá vivo (neón prendido) ya que no habrá ningún camino desde la fase viva.
Tensión Fase-Fase: el voltímetro indicará 208 V AC (no hay efecto alguno sobre cargas trifásicas).
Tensión Fase- Neutro: el voltímetro indicará entre 120V y 208V AC.
Tensión Neutro-Tierra: el voltímetro indicará 120V.
Tensión Fase-Tierra: el voltímetro indicará 208V.
Esto se debe a que el neutro flota entre 100V+110V. Como resultado de la salida aislada de tierra el voltaje total de 208V
es referenciado entre línea y neutro sin conexión a tierra.
Sí súbitamente se desconecta el neutro de borne del trafo, pero las cargas quedan conectadas como estaban, entonces
el neutro de las cargas flotará entre tensiones fase- neutro hasta llegar a tensiones Fase-fase (R a S, S a T) y en
diferentes tensiones en las cargas, el neutro resultante flotará de modo que la tensión presente en las cargas (diferentes
equipos) no será 120V pero en algún lugar entre 0 (no exactamente) y 208V. Lo que significa que en una línea de fase a
fase, algunos tendrán menos de 120 V y algunos tendrán más arriba a cerca de 208V. Todo depende de la impedancia de
cada elemento conectado.
En un sistema en desequilibrio, si el neutro está desconectado de la fuente, el neutro se convierte en neutro flotante y se
desplaza a una posición tal que está más cerca de la fase con cargas más elevadas y lejos de la fase con la carga más
pequeña. Supongamos un sistema desequilibrado de 3 fases, tiene 3 KW de carga en la fase R, 2 KW de carga en la fase
S y una carga de 1 KW en la fase T. Si el neutro de este sistema se desconecta de la fuente principal, el neutro flotante
estará más cerca de R y fuera de B. Por lo tanto, las cargas con la fase B experimentarán más tensión de lo normal,
mientras que la carga en R experimentará menos tensión. La carga en T experimentará casi misma tensión. El neutro
desconectado de un sistema desequilibrado es peligroso para las cargas. Debido a los voltajes más altos o más bajos, los
equipos probablemente sufrirán daños.
Aquí observamos que la condición flotante del Neutro No repercute en cargas trifásicas, pero Sí afecta cargas
monofásicas.
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Cómo eliminar el neutro flotante?
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Debemos considerar varios puntos para prevenir el Neutro Flotante:
1- Usar interruptores de cuatro (4) polos en el tablero de distribución o armario principal.
Un neutro flotante puede causar serios problemas. Supóngase que tenemos un interruptor con 3 polos para en un panel
con 5 barras (3F+1N+1T): La tensión entre cada fase es de 440V y la tensión fase neutro es de 230V: Nosotros tenemos
interruptores monopolares para los circuitos con cargas a 230V (monofásicas F-N).
Ahora suponga que el neutro se pierde, se oxida o se desconecta por alguna razón in el panel o tablero de distribución.
Las cargas a 440V no se afectarán, sin embargo las cargas monofásicas a 230V estarían en serios problemas. Con esta
condición de Neutro Flotante uno de los circuitos pasaría de 230V hasta 340V o 350V y la otra caería a 110V o 120V; lo
que significa unas cargas con sobtrevoltaje y otras con subvoltaje; entonces debemos ser cuidadosos y evitar tales
condiciones.
Usando un interruptor de 4 polos en los circuitos de alimentación trifásicos, si se llega a perder o abrir el Neutro el
Interruptor se abrirá impidiendo daños al sistema.???
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b) Usando un estabilzador de voltaje:
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Cuando falla el neutro en un sistema trifásico, las cargas se conectarán entre fases debido a la flotación del neutro. Por
lo tanto en función de la resistencia de carga a través de estas fases, la tensión sigue oscilando entre 120 y 208V. Un
servo estabilizador adecuado con amplio rango de tensión de entrada con alta y baja tensión de corte puede ayudar en la
protección de los equipos.
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c) Buena mano de obra y buen mantenimiento:
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Se debe dar prioridad al buen mantenimiento en los circuitos de baja tensión y en la construcción apropiar una buena
mano de obra con técnicos calificados y matrículados.
Conclusion:
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Una condición de falla por neutro flotante se constituye en una situación muy peligrosa porque si se llega a tener contacto
con un neutro roto o en condición de flotante se puede presentar una electrocución. Las cargas monofásicas están
diseñadas para trabajar con las tensiones normales (según placa) y ante tensiones de línea pueden sufrir daños.
La condición de neutro flotante es muy peligrosa y puede causar daños a equipos o al personal y debe ser corregida lo
más pronto posible.
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