Enrique Salazar Jaramillo
ensaja50@gmail.com

Citar: J. PAIME, 2025, 3, 47-55
1 junio de 2025

Resumen

Hay escrita una variada, pero, incompleta literatura técnica sobre cuándo seleccionar interruptores de tres o cuatro polos en las instalaciones con neutro corrido, con cargas monofásicas conectadas entre las fases y el neutro. Este trabajo pretende llenar ese vacío. La selección de los polos de un interruptor, está relacionada estrechamente con el sistema de puesta a tierra del neutro. Consideraremos para nuestro estudio, la clasificación dada en la norma IEC 60364, sobre instalaciones eléctricas de baja tensión (BT). Para tener los argumentos que justifiquen la selección adecuada de estos interruptores, se hará el análisis teniendo en cuenta que no haya riesgos para las personas y la instalación no se exponga a estrés fuera de sus límites. Se determinan las sobretensiones que pueden aparecer en los conductores neutros, las sobrecargas a las que pueden estar sometidos debido a cargas desequilibradas y debido a los armónicos y se grafican con ejemplos numéricos. Se describen los principales tipos de interruptores de 4 polos que ofrecen los fabricantes y las recomendaciones de la norma IEC al respecto. Este trabajo pretende dar los argumentos técnicos para una adecuada selección interruptores tetrapolares.

Abstract

A varied but incomplete technical literature exists on when to select three- or four-pole circuit breakers in installations with continuous neutral conductors, with single-phase loads connected between the phases and the neutral. This paper aims to fill this gap. The selection of a circuit breaker's poles is closely related to the neutral grounding system. For our study, we will consider the classification given in the IEC 60364 standard for low-voltage (LV) electrical installations. To provide arguments justifying the appropriate selection of these breakers, the analysis will be carried out taking into account that there are no risks to people and that the installation is not exposed to stress beyond its limits. The overvoltages that may appear on the neutral conductors, the overloads to which they may be subjected due to unbalanced loads and harmonics, are determined, and are graphed with numerical examples. The main types of four-pole circuit breakers offered by manufacturers and the IEC standard's recommendations in this regard are described. This work aims to provide the technical arguments for an adequate selection of four-pole switches

I        INTRODUCCIÓN

Como sabemos los conceptos de la puesta a tierra[1] y conductor neutro[2] son de vital importancia para aclarar muchos fenómenos eléctricos que se presentan en las instalaciones eléctricas de baja tensión (BT).

Las instalaciones eléctricas de BT actuales, utilizan sistemas 400/230 V, es decir, tres fases[3] y neutro. Esto permite conectar cargas monofásicas entre las fases y el neutro y trifásicas de fuerza entre las fases. Se presenta, muchas veces, la disyuntiva de cuándo utilizar interruptores de 4 polos y cortar el neutro o utilizar interruptores de 3 polos y no hacerlo. En proyectos de instalaciones similares y para un mismo sistema de puesta a tierra se ven casos donde se utilizan solo interruptores tripolares o solo tetrapolares. Para formarnos un criterio enteramente técnico para tomar esta decisión, vamos a analizar los fenómenos al que es sometido el neutro en condiciones normales de operación y en condiciones de falla.

Se puede afirmar que la selección de un interruptor tetrapolar para un determinado sistema de puesta a tierra está influenciada por las tensiones y sobrecargas en el neutro que se originan por fallas a tierra monofásicas, fallas de fase-neutro, desbalance de carga, contenido de terceros armónicos y sus múltiplos impares y si hay fuentes de emergencia. En el presente artículo vamos a analizar cada uno de estos casos de tal modo que, en lo posible quede aclarado el uso de interruptores tetrapolares o tripolares en sistemas con neutro corrido (4 hilos).

Recordemos que el conductor neutro (N) tiene como función conducir las corrientes ocasionadas por las cargas desbalanceadas y el conductor de protección (PE)[4], la de conducir las corrientes de falla a tierra. En el conductor llamado PEN circulan tanto las corrientes de carga como las corrientes de falla a tierra y no es posible discriminarlas. Debe tenerse en cuenta, además, que, para reducir el riesgo por electrocución, el conductor de protección PE, nunca debe interrumpirse [9].

Más detalles en el documento adjunto.

https://doc.uni75paime.org/Neutro_instalaciones_electricas_baja tension_interrumpir_proteger.pdf

CONCLUSIONES

La elección entre interruptores tripolares o tetrapolares depende del sistema de puesta a tierra, las tensiones y sobrecargas en el neutro, y las características de las cargas conectadas. Los interruptores tetrapolares son necesarios en ciertos casos para garantizar la seguridad y el correcto funcionamiento de las instalaciones.

En sistemas TN, el riesgo de tocar el neutro es bajo, ya que las protecciones eliminan rápidamente las fallas. En sistemas TT, el neutro puede adquirir tensiones peligrosas, especialmente en fallas a tierra, lo que requiere tiempos de despeje más cortos. En sistemas IT, el neutro puede alcanzar tensiones peligrosas y las protecciones no actúan en la primera falla a tierra, lo que representa un riesgo alto.

Las corrientes en el neutro pueden ser causadas por desbalances de carga o por armónicos generados por cargas no lineales. Los armónicos de tercer orden y sus múltiplos impares afectan significativamente al neutro, pudiendo generar sobrecargas. En sistemas con cargas no lineales, el neutro puede transportar corrientes mayores que las fases, lo que requiere protección adecuada.

En sistemas con fuentes alternativas, el uso de dispositivos de transferencia de 4 polos es esencial para evitar rutas no previstas de corrientes parásitas o de falla a tierra, que podrían provocar disparos indeseados de las protecciones.

La norma IEC 60364 establece que la protección del neutro depende de su sección transversal y de las corrientes esperadas. Si el neutro tiene menor sección que las fases o se espera que transporte corrientes significativas, debe protegerse contra sobrecargas. En sistemas con contenido armónico elevado, es necesario prever protección para el neutro. La desconexión del neutro debe realizarse de manera que no se desconecte antes que las fases y se reconecte simultáneamente o antes que ellas.

Se fabrican los siguientes tipos de interruptores de 4 polos: Interruptores 3P+N, neutro sin protección, solo apertura/cierre. Interruptores 4P con protección al 50%, para sistemas con desbalances moderados. Interruptores 4P con protección al 100%, para sistemas con cargas no lineales o fuertes desbalances.

REFERENCIAS

[1]     Catenschiold, Rene. Ground-Fault Protection of Electrical Systems with Emergency or Standby Power. IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. IA-13, No 6, Nov/Dec 1977

[2]     Chang, Gary W. K. Harmonic Theory. Siemens Power Transmission & Distribution. IEEE Power Enginee-ring Society. Tutorial on Harmonics Modeling and Simulation-1998

[3]     Desmet Jan J. M. Analysis of the Neutral Conductor Currente in Three-Phase Supplied Network with Nonlinear Single-Phase Loads. IEEE Transactions on Industry Applications, Vol 39, N° 3 May/Jun 2003.

[4]     Hiranandam, Ajit. Calculation of Cable Ampacities Including the Effects of Harmonics. IEEE Industry Applications Magazine, March/April 1998.

[5]     Mitolo, Massimo A. G. Electrical Safety of Low-Voltge Systems. McGraw-Hill Companies. Inc. 2009.

[6]     Morgan, Vincent T. The Current Distribution, Resistance and Internal Inductance of Linear Power System Conductors – A Review of Explicit Equations. IEEE Transactions on Power Delivery, Vol 28, N° 3 July 2013.

[7]     Morris, Noel M. Electrical Circuits and Systems. The MacMillam Press Ltd, London and Basingstoke

[8]     West, Robert. Grounding for Emergency and Standby Power Systems. IEEE transactions on Industry Applications, March/April 1979

[9]     IEC 60364-4-43 Low-voltage electrical installations – Part 4-43: Protection for safety – Protection against overcurrent.

[10]   IEC 60364-4-44 Low-voltage electrical installations – Part 4-44: Protection for safety – Protection against voltage disturbances and electromagnetic disturbances.