Esquema de conexión a tierra: qué son los sistemas TT, TN e IT y cuál se usa en España

Falla el aislamiento de un motor y la carcasa queda en tensión. Lo que decide si el operario que la toca recibe una descarga —y durante cuánto— no es el motor. Es el esquema de conexión a tierra de la instalación.

Las letras TT, TN e IT no son una etiqueta administrativa. Codifican dos decisiones: cómo se pone a tierra la alimentación y cómo se ponen a tierra las masas de la instalación. De esa combinación dependen el camino de la corriente de defecto, su magnitud y qué dispositivo puede detectarla.

Veremos los tres esquemas, los conductores que los distinguen y la protección que admite cada uno. Y adelantamos ya la respuesta del título: en España la instalación conectada a la red pública es TT.

Qué significan las letras

Todo esquema de conexión a tierra se nombra con un código de letras. La clasificación procede de la IEC 60364, adoptada en España como UNE-HD 60364, y el REBT la recoge en la ITC-BT-08. El código se lee por posiciones, y cada una responde a una pregunta distinta.

Primera letra: cómo está puesta a tierra la alimentación. Una T indica conexión directa de un punto a tierra; en corriente alterna, normalmente el punto neutro del transformador. Una I indica que las partes activas están aisladas de tierra, o que un punto se conecta a tierra mediante una impedancia elevada.

Segunda letra: cómo están puestas a tierra las masas de la instalación receptora. Una T significa masas conectadas a tierra por una toma propia, sea cual sea la puesta a tierra de la alimentación. Una N, masas conectadas al punto de la alimentación ya puesto a tierra.

Tercera letra, solo en TN: la relación entre el conductor neutro y el de protección. Una S indica funciones separadas en conductores distintos; una C, funciones combinadas en uno solo.

Conviene fijarse en el detalle que ordena todo lo demás: las dos primeras letras describen dos conexiones a tierra que pueden ser la misma o no serlo. Ahí está la diferencia entre TT y TN, y de ahí se deriva todo el comportamiento del esquema ante un defecto.

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Los tres conductores: N, PE y PEN

El conductor neutro (N) se conecta al punto neutro del sistema —el punto estrella del secundario del transformador— y participa en el transporte de energía. Lleva corriente en servicio normal, y con cargas desequilibradas o no lineales puede llevar bastante.

El conductor de protección (PE) no transporta corriente en servicio normal: solo conduce en defecto, y une las masas con la puesta a tierra. El REBT lo designa CP en las figuras de la ITC-BT-08; la nomenclatura internacional, PE. Va identificado en amarillo-verde, color reservado que no debe emplearse para ninguna otra función.

El conductor PEN cumple ambas funciones a la vez y solo existe en TN-C. Hay aquí un matiz terminológico que se cruza a menudo: la ITC-BT-08 lo llama conductor CPN, mientras que UNE-HD 60364 y el uso internacional lo llaman conductor PEN. Son el mismo conductor. La UNE-HD 60364-5-54 admite dos identificaciones alternativas: amarillo-verde en todo el recorrido con marcado azul en los extremos, o azul con marcado amarillo-verde en los extremos.

El punto que más problemas causa en obra no es cuál es cNiál, sino dónde se unen. N y PE se conectan en un único punto, en el origen, y ahí se acaba. Si se puentean en un cuadro secundario, se cierra un bucle. Parte de la corriente de retorno abandona entonces el neutro y circula por el conductor de protección y por las estructuras metálicas. Aparecen corrientes de fuga permanentes, disparos de diferencial sin defecto real y perturbaciones en la instrumentación. Nada de eso se ve en una inspección visual, y empeora cada vez que sube la carga.

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Tensión de contacto y tiempo de desconexión

La tensión de contacto es la que aparece entre dos partes simultáneamente accesibles durante un defecto de aislamiento. La ITC-BT-24 fija el límite convencional en 50 V eficaces en corriente alterna en condiciones normales. Admite valores menores en casos concretos: cita los 24 V del alumbrado público de la ITC-BT-09, apartado 10. Por eso, cuando la propia instrucción formula la condición del esquema TT, escribe el límite como «50, 24 V u otras, según los casos»: el valor de referencia depende del emplazamiento; no es siempre 50 V.

Ese límite no es una cifra redonda. La NTP 400 del INSST, que sigue la norma CEI 479-1, explica por qué. Hasta unos 50 V la impedancia de la piel varía mucho entre personas; por encima de ese valor cae con rapidez. Por debajo del umbral, la piel protege. Por encima, deja de hacerlo.

Conviene separar dos situaciones que se confunden. El contacto directo es tocar una parte activa: un conductor bajo tensión, un borne descubierto. El contacto indirecto es tocar una masa puesta en tensión por un fallo de aislamiento. Los esquemas de conexión a tierra existen para el segundo caso.

El principio de diseño usa dos magnitudes, no una: no basta con limitar la tensión, hay que cortarla en un tiempo determinado. Y cuanto mayor es la tensión respecto a tierra, menor es el tiempo admisible, porque el umbral de fibrilación desciende conforme se prolonga el paso de la corriente. Conviene además deshacer un malentendido: el REBT no tiene una tabla de tiempos única para los tres esquemas.

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El esquema TT: el caso español

En un esquema TT hay dos tomas de tierra separadas. El distribuidor pone a tierra el neutro en el centro de transformación; el usuario establece la suya para las masas de su instalación. Entre ambas no hay conexión metálica prevista.

Hay aquí un matiz de la ITC-BT-08 que casi nunca se cita y que evita discusiones en inspección: aunque las dos tomas de tierra no sean realmente independientes, el esquema sigue siendo TT mientras no se cumplan todas las condiciones del esquema TN. Es decir, las posibles conexiones —voluntarias o no— entre ambas zonas de tierra no se tienen en cuenta al determinar las condiciones de protección. En un polígono con estructuras metálicas continuas eso ocurre con frecuencia, y no convierte la instalación en TN.

La consecuencia práctica es aritmética. La corriente de defecto vuelve por el terreno, así que la limita la suma de las dos resistencias de tierra. Con una toma de usuario de 20 Ω y una tierra de neutro de 2 Ω, un defecto franco a 230 V da unos 10,5 A. Un magnetotérmico C16 necesita entre 80 y 160 A para disparar por vía magnética: casi ocho veces más. Y la masa está, mientras tanto, a más de 200 V.

De ahí lo que sigue. No es una recomendación, es la condición que hace funcionar el esquema: en TT la protección contra contactos indirectos depende del interruptor diferencial. La ITC-BT-24 lo formaliza como RA × Ia ≤ U, donde RA es la suma de la resistencia de la toma de tierra y la de los conductores de protección de masas. Con 30 mA y límite de 50 V, la toma de tierra puede llegar a 1.667 Ω; con 300 mA, a unos 167 Ω. Son valores holgados, y las tomas reales quedan muy por debajo de lo exigible. Con el límite de 24 V, en cambio, esas cifras se reducen a 800 Ω y 80 Ω.

¿Por qué España es TT? Lo dice el apartado 1.4 de la ITC-BT-08 del REBT: el esquema para instalaciones receptoras alimentadas directamente de una red de distribución pública de baja tensión es el esquema TT. No es costumbre del sector. Los elementos físicos de esa toma los fija la ITC-BT-18: el electrodo —pica de tierra, conductor en anillo, armadura de cimentación— y el conductor de tierra hasta el borne principal.

Ventaja: es sencillo y no exige coordinación con el distribuidor. Desventaja: depende por entero del diferencial y de que la toma de tierra siga en buen estado dentro de diez años, cuando nadie recuerde dónde se clavó la pica.

El esquema TN y sus tres variantes

Este esquema de conexión a tierra no lleva las masas a una tierra propia: las conecta al punto de la alimentación ya puesto a tierra, mediante conductores de protección. El bucle de defecto es íntegramente metálico, así que el defecto franco fase-masa es un cortocircuito y la protección contra sobreintensidades puede despejarlo.

• TN-C. Un único conductor PEN cumple las dos funciones. No admite interruptor diferencial, y el PEN no debe seccionarse nunca. Si se interrumpe, las masas de los equipos sanos aguas abajo quedan a tensión de fase.
• TN-S. Neutro y conductor de protección separados en todo el recorrido. La interrupción del PE no pone tensión en las masas, y sí admite diferencial.
• TN-C-S. PEN al principio y separación a partir de un punto. Después no pueden volver a unirse. La ITC-BT-24 lo dice sin ambigüedad: no debe usarse conductor CPN aguas abajo del diferencial, y la conexión del conductor de protección al CPN debe hacerse aguas arriba de ese dispositivo.

El motivo por el que el diferencial no funciona en TN-C merece decirse sin rodeos, porque se repite como si fuera una prohibición burocrática. El toroidal mide la suma vectorial de las corrientes que lo atraviesan y dispara cuando deja de ser cero. En TN-C la corriente de defecto vuelve por el conductor que lleva el neutro. La suma sigue dando cero. No hay nada que medir. El aparato no está prohibido: está ciego.

Ahí está la razón de fondo de que el TN sea raro en España. La ITC-BT-08 lo permite, pero su apartado 2 impone a la red de alimentación cinco prescripciones especiales que la distribución pública no está construida para cumplir:

• Sección mínima del conductor neutro en todo su recorrido, según tabla y en función de la sección de fase, con valores distintos para red aérea y subterránea.
• En líneas aéreas, el neutro se tiende con las mismas precauciones que los conductores de fase.
• Puesta a tierra adicional en los extremos de líneas principales y derivaciones de longitud superior a 200 metros.
• Resistencia de tierra del neutro no superior a 5 Ω en las proximidades de la central o del centro de transformación, y en los 200 últimos metros de cualquier derivación.
• Resistencia global de todas las tomas de tierra del neutro no superior a 2 Ω.

Esos 2 Ω son el obstáculo real, y explican por qué el TN aparece casi siempre puertas adentro, con centro de transformación propio. La misma instrucción añade una condición fácil de pasar por alto: en TN-C, las masas de la instalación receptora deben conectarse al conductor neutro mediante conductores de protección, no colgándolas del embarrado de neutro.

El esquema IT: cuando no se puede cortar

En IT ningún punto de la alimentación se conecta directamente a tierra: queda aislado o se une mediante una impedancia elevada. Las masas, en cambio, sí se ponen a tierra, individualmente o por grupos.

Esa asimetría define el esquema. Un primer defecto no establece corriente suficiente para resultar peligrosa ni para hacer imperativo el corte, porque el circuito solo se cierra por las capacidades parásitas de los cables respecto a tierra. La instalación sigue funcionando. Pero hay que detectarlo y repararlo: si aparece un segundo defecto en otra fase, ya existe un camino metálico de corriente elevada. Por esa misma razón, la ITC-BT-08 recomienda algo que se olvida —no distribuir el conductor neutro— y advierte de que puede ser necesario limitar la extensión de la instalación, porque cuanto más cable hay, mayor es el efecto capacitivo respecto a tierra.

De ahí su elemento característico, el vigilante de aislamiento, que mide de forma permanente la resistencia de aislamiento respecto a tierra y avisa cuando cae del umbral. El REBT lo llama controlador permanente de aislamiento, y exige que active una señal acústica o visual.

Para el segundo defecto, la ITC-BT-24 bifurca según cómo estén puestas a tierra las masas. Si lo están colectivamente, interconectadas por conductor de protección, se aplican las condiciones del TN. Si lo están por grupos o individualmente, se aplican las del TT, con una salvedad expresa: el neutro no debe ponerse a tierra.

El caso español por excelencia son los quirófanos, regulados por la ITC-BT-38: una interrupción durante una intervención es más peligrosa que el defecto, así que se exige transformador de aislamiento —al menos uno por quirófano o sala de intervención—, dispositivo de vigilancia del nivel de aislamiento y cuadro de alarma dentro de la sala, fácilmente visible y accesible.

Merece subrayarse un matiz que casi todas las fuentes se saltan: la instalación general del hospital no es IT. Es TT o TN-S; solo el quirófano lo es, mediante un transformador local, posibilidad que la ITC-BT-08 contempla expresamente en el apartado 1.4.c para partes de una instalación alimentada de la red pública.

Y un detalle que sorprende a quien viene de una instalación convencional: los equipos alimentados a través del transformador de aislamiento no deben protegerse con diferencial ni en el primario ni en el secundario del transformador. Poner uno «por si acaso» destruye la continuidad que justifica el esquema. Lo contrario también es cierto y se incumple a menudo: los equipos del quirófano que no se alimentan del transformador de aislamiento sí deben llevar diferencial de alta sensibilidad, ≤ 30 mA y de clase A, sin que ello exima de la puesta a tierra y la equipotencialidad.

Este tema es solo el comienzo: explora más en nuestro artículo sobre instrumentos de medición eléctrica.

Qué protección admite cada esquema

Tres familias de dispositivos, y cada esquema admite las suyas.

La protección contra sobreintensidades —fusible o magnetotérmico— funciona en TN porque el defecto a masa es un cortocircuito franco. En TT solo sirve si RA es muy baja, algo que rara vez ocurre con alimentación desde la red pública; la propia ITC-BT-24 la admite en este esquema únicamente en ese supuesto.

El interruptor diferencial es imprescindible en TT, donde forma pareja con la toma de tierra. Es admisible en TN-S y utilizable en TN-C-S aguas abajo de la separación. En TN-C no cabe.

El vigilante de aislamiento es el dispositivo propio del IT, donde señaliza el primer defecto sin cortar. El segundo ya se despeja con las condiciones del TN o del TT, según las masas estén puestas a tierra colectivamente o por grupos.

La sensibilidad cambia con el uso. En viviendas lo habitual son 30 mA, valor que la ITC-BT-24 reconoce además como protección complementaria frente a contactos directos —nunca como sustituto de las demás medidas—. Cuando quepa esperar corrientes diferenciales no senoidales, la misma instrucción pide aparatos de clase A, que aseguran la desconexión también con corriente continua pulsante. En industria se recurre a 300 mA en cabecera, y a aparatos selectivos de tipo S cuando hace falta selectividad con los 30 mA de los circuitos terminales.

Y merece la pena insistir en un error que se ve en cuadros por todas partes: el diferencial no es una protección contra cortocircuito. Detecta corriente que se marcha por donde no debe, y nada más. Un diferencial puro sometido a un cortocircuito puede quedar dañado, porque su poder de corte no está pensado para eso. Hace falta el dispositivo correspondiente aguas arriba, o un equipo combinado que integre ambas funciones.

¿Te interesa aprender más? Nuestro artículo sobre barra simple y doble barra profundiza en este tema.

Cómo se elige el esquema de conexión a tierra

La elección rara vez es libre: viene dada por la forma en que se alimenta la instalación. Con acometida desde la red pública de baja tensión, el esquema es TT y no hay decisión que tomar. Con centro de transformación de abonado se abren las tres opciones, y ahí sí aparece un criterio real. La propia ITC-BT-08 remite a las características técnicas y económicas de cada instalación: el TN reduce el coste de protección diferencial de gran calibre, pero exige mantenimiento riguroso del circuito de protección; el IT se reserva para procesos donde la continuidad de servicio pesa más que el corte inmediato.

Hay además una medida que atraviesa los tres esquemas y que suele quedar en segundo plano hasta que aparece un problema: la conexión equipotencial. Unir las masas y los elementos conductores ajenos —tuberías metálicas, estructura, bandejas— a un mismo potencial impide que aparezcan diferencias peligrosas entre dos superficies que alguien puede tocar a la vez. Funciona sea cual sea el esquema de conexión a tierra elegido, y la ITC-BT-18 fija sus condiciones. En instalaciones antiguas reformadas por partes, es lo primero que conviene revisar.

Conclusión: el esquema de conexión a tierra decide quién ve el defecto

Las letras no clasifican: describen. Dicen por dónde vuelve la corriente cuando falla un aislamiento, y de ahí depende qué dispositivo puede verla. Un diferencial en TN-C no protege menos: no mide nada.

En España el esquema es TT, y por eso el interruptor diferencial es el eje de la protección contra contactos indirectos, no un complemento: la corriente que devuelve el terreno no basta para mover un magnetotérmico.

Y una regla que resuelve buena parte de los problemas de campo: neutro y conductor de protección se unen en un punto, uno solo, en el origen. Lo demás son bucles.

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