Esquema TT en una escuela rural: la descarga que la pica no evita
Una escuela rural se alimenta de un transformador de 100 kVA, 13,8 kV/240-120 V, con el neutro puesto a tierra en el transformador (Rn = 2 Ω). La instalación adopta esquema TT: cada tablero tiene su propia pica, y la resistencia medida del electrodo del tablero general es 18 Ω en época de seca. El tablero general no tiene interruptor diferencial; el circuito de alumbrado y tomacorrientes está protegido por un termomagnético bipolar de 32 A curva C, con carga medida de 22 A. Durante una lluvia, una falla de aislamiento pone una fase en contacto con la carcasa metálica de un tablero de aula; un docente toca la carcasa y recibe una descarga. Mantenimiento propone «bajar la pica a 5 Ω» como única medida correctiva, mientras la dirección pide no encarecer la obra. El terreno es calizo y la resistividad aparente varía mucho entre seca y lluvia.
1. Calcule la corriente de falla a tierra, la tensión de contacto en la carcasa y el tiempo de despeje esperado del termomagnético de 32 A curva C. Concluya sobre la eficacia de la protección.
Read the worked answer
Corriente de falla (esquema TT) If = U0 / (RA + RB) = 240 / (18 + 2) = 12 A
Tensión de contacto en la carcasa Uc = If · RA = 12 · 18 = 216 V (equivalente: 240 · 18/20 = 216 V). Es una tensión plenamente letal: muy por encima del umbral de 50 V de contacto admisible en locales secos, y del orden de 25 V en locales húmedos.
Comportamiento del termomagnético 32 A curva C
- Disparo magnético: 5–10 · In = 160–320 A. Con 12 A no dispara nunca por esa vía.
- Disparo térmico: 12 A es 0,375 · In, por debajo de la corriente de no disparo. No dispara; la falla permanece indefinidamente.
Conclusión La protección está completamente fuera de su zona de operación: la falla queda «invisible» y la carcasa permanece a 216 V hasta que alguien la toca o el defecto se convierte en cortocircuito franco. La descarga no es un accidente improbable: es la consecuencia previsible de un esquema TT sin protección diferencial. En TT el interruptor termomagnético no protege contra contacto indirecto; esa función la cumple el dispositivo diferencial.
2. Determine la resistencia de puesta a tierra necesaria con y sin diferencial de 30 mA, y evalúe si la propuesta de «bajar la pica a 5 Ω» resuelve el problema.
Read the worked answer
Sin diferencial: exigencia de tensión de contacto ≤ 50 V Uc = 240 · RA / (RA + 2) ≤ 50 → 240·RA ≤ 50·RA + 100 → RA ≤ 0,53 Ω. Es prácticamente inalcanzable en terreno calizo y, además, inestable con la humedad. Conclusión: por vía de puesta a tierra no se puede resolver; es la razón por la que el esquema TT exige diferencial.
Con diferencial de 30 mA RA ≤ UL / IΔn = 50 / 0,03 = 1667 Ω. Los 18 Ω medidos cumplen con enorme margen. El problema no es la pica: es la ausencia del diferencial.
Verificación numérica de la propuesta de mantenimiento Con RA = 5 Ω: If = 240/7 = 34,3 A; Uc = 34,3 · 5 = 171 V. Sigue sin disparar el térmico (necesita 160 A) y la tensión de contacto sigue siendo letal. Bajar la pica a 5 Ω no resuelve nada; solo reduce la tensión de 216 V a 171 V.
Advertencia sobre la medición
- 18 Ω en seca puede ser muy distinto en lluvia (factor 2–5 en calizas). Medir en la época más desfavorable y aplicar margen.
- La medición debe hacerse por caída de potencial (método del 62 %) con picas auxiliares bien separadas, no con telurómetro de pinza sobre un electrodo único sin referencia.
- Registrar el valor y la fecha: es un dato de seguridad, no un trámite.
3. Elabore la propuesta técnica priorizada para el tablero, incluyendo el diferencial, la selectividad y las verificaciones que deben quedar documentadas.
Read the worked answer
Prioridad 1 - Protección diferencial (obligatoria)
- Instalar interruptor diferencial de 30 mA, tipo A, en el tablero general o, preferiblemente, uno por circuito terminal (alumbrado/tomacorrientes por aula). Con 30 mA la tensión de contacto de 216 V se mantiene solo durante el tiempo de disparo (< 300 ms, típicamente 30–100 ms), dentro de lo admisible.
- Corriente nominal del diferencial ≥ carga del circuito: el de 22 A de carga exige uno de 25 A o 40 A, no reutilizar uno de 25 A justo.
- Si se instala uno aguas arriba de 300 mA para respaldo, debe ser selectivo (retardado) para no competir con los de 30 mA.
Prioridad 2 - Verificaciones eléctricas
- Comprobar que no exista puente neutro–tierra aguas abajo de los diferenciales (causa clásica de disparo y de inseguridad).
- Medir continuidad y resistencia de la barra de tierra y de las carcasas: todas las masas metálicas deben estar unidas al conductor de protección y a la puesta a tierra del tablero.
- Unión equipotencial de tuberías metálicas, estructuras y carpintería metálica en baños y aulas, para eliminar diferencias de potencial.
- Ensayar la falla con lámpara de prueba o simulador: el diferencial debe disparar; registrar tiempo con medidor de disparo.
- Verificar el poder de corte del térmico frente a la corriente de cortocircuito del punto y la coordinación con el diferencial.
Prioridad 3 - Documentación y gestión
- Protocolo de medición firmado: RA, tiempo de disparo, continuidad de masas, fecha y responsable.
- Prueba mensual del botón de prueba y verificación anual con instrumento; libro de registro en el centro.
- Señalización del tablero y del interruptor diferencial; capacitar al personal en qué hacer si dispara (no rearmar a ciegas: investigar la fuga).
- Revisar el estado de la carcasa dañada y de la instalación de aulas y baños; sustituir conductores con aislamiento deteriorado.
Mensaje final: la medida correctiva es el diferencial, no la pica. La pica se mantiene y se verifica, pero su función es limitar la tensión de contacto y facilitar el disparo del diferencial, no sustituirlo.