En toda instalación eléctrica de baja tensión existe la posibilidad de que una falla de aislamiento ponga en tensión una masa metálica —la carcasa de un motor, un tablero, la estructura de un equipo— que en condiciones normales no debería estar energizada. La forma en que se gestiona esa energía de falla, y cómo se logra que la protección actúe antes de que represente un riesgo para las personas o un daño para la instalación, depende directamente de cómo estén conectados a tierra el neutro de la fuente y las masas de los equipos. Esa relación es precisamente lo que definen los esquemas de distribución en baja tensión (también llamados esquemas de conexión a tierra o esquemas de puesta a tierra).
La normativa internacional, a través de IEC 60364-1, clasifica estos esquemas mediante un código de letras que describe dos cosas: cómo se conecta a tierra la fuente de alimentación, y cómo se conectan a tierra las masas de la instalación. De esa clasificación surgen los cinco esquemas de uso más extendido —TT, TN-S, TN-C, TN-C-S e IT—, cada uno con implicancias distintas en el tipo de protección requerida, la calidad del conductor de protección, la continuidad de servicio ante una falla y el costo de materialización. En Chile, la NCh Elec. 4/2003 no adopta literalmente esta nomenclatura, pero regula el mismo fenómeno a través de los conceptos de tierra de servicio y tierra de protección, dando como resultado un esquema funcionalmente equivalente al TT para la mayoría de las instalaciones conectadas a la red pública.
A continuación se desarrolla la lógica de esta clasificación, el detalle de cada esquema y los criterios técnicos para seleccionar y dimensionar sus protecciones asociadas.
El diagrama muestra el caso base TN-S: neutro aterrizado en la fuente (transformador), y conductores N y PE separados en todo su recorrido, con las masas de la instalación conectadas al PE en lugar de a una tierra local. A partir de esa lógica se derivan los demás esquemas.
Codificación de letras (IEC 60364-1)
Primera letra — relación de la fuente con tierra:
- T: un punto (habitualmente el neutro) conectado directamente a tierra.
- I: ningún punto conectado a tierra, o conexión a través de una impedancia elevada.
Segunda letra — relación de las masas de la instalación con tierra:
- T: masas conectadas a una toma de tierra local, independiente de la de la fuente.
- N: masas conectadas directamente al punto de puesta a tierra de la fuente (vía el conductor PE).
Letras adicionales (solo esquemas TN) — disposición de N y PE:
- S: conductores N y PE separados en todo el recorrido.
- C: funciones de N y PE combinadas en un solo conductor (PEN).
Los cinco esquemas
TT — Neutro aterrizado en la fuente, masas conectadas a una jabalina/tierra propia de la instalación, independiente de la del transformador. Es el esquema típico de la red pública en Chile (distribución BT según SEC/NCH Elec. 4/2003). La corriente de falla debe cerrar el circuito por dos tomas de tierra distintas, por lo que la impedancia de bucle suele ser alta y la protección obligatoria es el diferencial (RCD), no el interruptor termomagnético, ya que la corriente de falla puede no ser suficiente para dispararlo en tiempo útil.
TN-S — Como el diagrama: N y PE separados desde la fuente hasta la última carga. Ofrece la mejor calidad de PE (sin caídas de tensión del neutro reflejadas en las masas), es el esquema preferido en instalaciones con electrónica sensible, centros de datos y donde se requiere baja impedancia de bucle de falla. Protección por interruptor automático (la falla se convierte en cortocircuito franco fase-PE) o adicionalmente diferencial según el nivel de protección deseado.
TN-C — N y PE combinados en un único conductor PEN en toda la instalación. Más económico (un conductor menos), pero no permite usar diferencial aguas abajo del punto donde el PEN se separa, porque el diferencial vería el retorno de neutro como si fuera corriente de fuga. Uso restringido a conductores de sección ≥10 mm² Cu (o equivalente Al) y prohibido en tomas de corriente.
TN-C-S — Híbrido: PEN combinado desde la fuente hasta cierto punto de la instalación (normalmente el empalme o tablero principal), donde se separa en N y PE independientes para el resto del circuito. Es el esquema más usado en instalaciones industriales y comerciales alimentadas desde su propio transformador, combinando economía aguas arriba con protección diferencial aguas abajo.
IT — Ningún punto de la fuente conectado directamente a tierra (aislado o mediante impedancia limitadora), masas aterrizadas localmente. Una primera falla a tierra no genera corriente peligrosa ni obliga a desconectar (continuidad de servicio), pero debe detectarse con un controlador permanente de aislamiento (CPI) y corregirse antes de una segunda falla, que sí puede generar un cortocircuito entre fases a través de tierra. Se usa en quirófanos, procesos industriales continuos, minería y donde la continuidad de servicio es crítica.
Selección de protecciones por esquema
| Esquema | Protección principal ante falla | Elemento clave |
|---|---|---|
| TT | Diferencial (RCD) obligatorio | Resistencia de puesta a tierra local |
| TN-S | Interruptor automático (corte por sobrecorriente) | Baja impedancia de bucle fase-PE |
| TN-C | Interruptor automático únicamente | PEN ≥10 mm², sin diferencial aguas abajo |
| TN-C-S | Automático en tramo PEN, diferencial posible tras la separación | Punto de separación N/PE bien definido |
| IT | Controlador de aislamiento (CPI) + automático en 2ª falla | Vigilancia continua de aislamiento |
Profundicemos en los tres puntos:
1. Cálculo de impedancia de bucle de falla (Zs)
En esquemas TN la condición de disparo automático de la protección de sobrecorriente ante una falla franca fase-masa es:
Zs × Ia ≤ U₀
- Zs: impedancia total del bucle de falla (fuente + conductor activo + PE/PEN hasta el punto de falla).
- Ia: corriente que garantiza la actuación del dispositivo dentro del tiempo máximo admisible según IEC 60364-4-41 (0,4 s para circuitos terminales ≤32 A en TN; 5 s para circuitos de distribución).
- U₀: tensión fase-neutro nominal (220 V en Chile).
Cálculo aproximado (secciones <95 mm², reactancia despreciable):
Zs ≈ Zfuente + ρ·(L/S)fase + ρ·(L/S)PE
con ρ del cobre ≈ 0,0225 Ω·mm²/m a temperatura de servicio (~70 °C). Por seguridad ante el calentamiento del conductor durante la falla, se aplica un factor de 0,8 sobre la tensión: Zs ≤ 0,8 × U₀ / Ia. En terreno, lo habitual es medir Zs con impedancímetro de bucle y compararlo directo contra la tabla Zs-máx que entrega el fabricante según curva (B/C/D) y calibre del interruptor.
En TT el bucle pasa por dos tomas de tierra independientes (servicio del transformador y protección de la instalación), por lo que su impedancia es demasiado alta para producir un cortocircuito franco. La condición pasa a depender de la tensión de contacto:
RA × Ia ≤ 50 V (locales secos) — ≤25 V en locales húmedos o pisos conductores
- RA: resistencia de la jabalina/malla de la instalación.
- Ia: corriente de operación del diferencial (IΔn).
Ejemplo: jabalina de 15 Ω con diferencial de 300 mA → tensión de contacto = 15 × 0,3 = 4,5 V, margen amplio. Si la resistencia sube a 200 Ω (jabalina única sin tratamiento en terreno seco), con 300 mA la tensión llega a 60 V, superando el límite — ahí se necesita 30 mA (200 × 0,03 = 6 V) o mejorar la puesta a tierra. Esa es la razón práctica de por qué el diferencial de 30 mA es obligatorio en circuitos de enchufe y alumbrado en Chile: compensa que las jabalinas domiciliarias rara vez bajan de 20-40 Ω sin malla o tratamiento químico.
En IT, la primera falla no obliga a desconectar. Para la segunda falla (dos fallas simultáneas en fases distintas) la condición se asemeja a TN pero usando tensión de línea si el neutro no está distribuido: 2×Ia×Zs ≤ U (fase-fase), o U₀ si el neutro sí está distribuido.
2. Selección de sensibilidad de diferenciales
| Sensibilidad | Uso típico |
|---|---|
| 30 mA | Circuitos terminales (enchufes, alumbrado, baños, exteriores) — protección de personas, exigida en vivienda |
| 100-300 mA | Tablero general/alimentadores — protección contra incendio, no busca proteger personas directamente |
| 500 mA-1 A (tipo S) | Cabecera de instalaciones industriales grandes, con retardo para selectividad |
Selectividad vertical (para que el diferencial general no dispare junto con el terminal):
- Amplitud: IΔn aguas arriba ≥ 3 × IΔn aguas abajo.
- Tiempo: el de aguas arriba debe ser tipo S (selectivo, retardo intrínseco ~130-500 ms) para dejar actuar primero al instantáneo aguas abajo.
Tipos según forma de onda (IEC 60755):
- AC: solo fuga sinusoidal pura — cada vez más restringido normativamente.
- A: además detecta componentes pulsantes de CC (electrónica de consumo, cargadores, variadores monofásicos) — mínimo exigible hoy en instalaciones con carga electrónica.
- B: además detecta CC pura — obligatorio aguas arriba de cargadores de VE sin aislación galvánica, inversores FV trifásicos sin transformador y variadores trifásicos de mayor potencia.
En IT, el diferencial en circuitos terminales sigue siendo recomendable, pero el elemento crítico es el Controlador Permanente de Aislamiento (CPI): inyecta una señal de baja frecuencia y mide el aislamiento global de la instalación respecto a tierra, alarmando bajo un umbral ajustable (típico 50 kΩ) sin necesidad de desconectar.
3. Puesta a tierra: empalme chileno (TT) vs. subestación industrial propia
La NCh Elec. 4/2003 distingue formalmente tierra de servicio (puesta a tierra del neutro, del empalme en BT o del transformador si la alimentación es en MT) de tierra de protección (la de las masas, para proteger a las personas ante tensiones de contacto peligrosas). La norma establece que la tierra de servicio debe hacerse en un punto lo más próximo posible al empalme, preferentemente donde la acometida se une a la instalación, y que el conductor neutro no debe llevar protecciones ni interruptores salvo que actúen simultáneamente sobre neutro y fases. Electricistas.cl
Aunque la norma chilena no usa literalmente la nomenclatura IEC, el resultado práctico para el usuario residencial es un esquema TT: el neutro se aterriza en el empalme (tierra de servicio) y las masas de la instalación interior se conectan a una tierra de protección propia (jabalina o malla del inmueble), sin continuidad metálica de baja impedancia garantizada hacia la tierra del transformador de la concesionaria. De ahí la obligatoriedad del diferencial de 30 mA como protección principal, en línea con lo desarrollado en el punto 1.
En una subestación industrial propia (transformador MT/BT del cliente), el propietario controla el punto de tierra de servicio y puede elegir el esquema según sus necesidades:
- TN-C-S: la opción más común — ahorra conductor en el alimentador principal (PEN) y recupera protección diferencial en los tableros de distribución una vez separado el PEN en N y PE.
- IT: reservado para procesos críticos (minería, plantas químicas, pabellones quirúrgicos, centros de datos), donde la continuidad de servicio ante una primera falla justifica la inversión en CPI y en personal capacitado para localizarla antes de que ocurra una segunda.
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