AC: ¿Por qué diferenciar entre tierra y neutro?

La corriente fluye a través de un conductor que conecta puntos a diferentes potenciales.

Dejando de lado los detalles de múltiples fases, los sistemas de CA comunes / convencionales utilizan una configuración de 3 cables:

• Wire-1: un cable de línea / vivo / caliente / fase que presenta un punto que oscila entre 2 potenciales.

• Wire-2: un cable neutro que presenta un punto de potencial desconocido / no especificado y variable, que sin embargo presenta una diferencia de potencial fija / especificada a Wire-1 al menos parte del tiempo.

• Wire-3: un cable de tierra / tierra que presenta un punto con una diferencia de potencial de 0V a su entorno físico inmediato.

Wire-1 y Wire-2, además de algunos dispositivos que se van a alimentar, se utilizan para construir un circuito eléctrico cerrado. Wire-3, dejando de lado las preocupaciones de EMI / blindaje, se usa para garantizar que la corriente fluya a través de él, en lugar del usuario del dispositivo, si alguna vez ocurre alguna falla y el usuario del dispositivo entra en contacto con Wire-1 o Wire-2.

Además de esto, sin embargo, Wire-2 y Wire-3 están conectados en algún momento. Esto se hace para asegurar que el potencial de Wire-2 permanezca cerca del de Wire-3 ... lo cual parece ser importante por alguna razón.

Ahora, la parte que no entiendo es por qué debe haber una distinción entre Wire-2 y Wire-3 en la toma de corriente, si no hay ninguno a pocos metros más adelante.

He intentado buscar esto, pero todas las respuestas que pude encontrar hasta ahora parecen incompletas. Las respuestas dependen de cómo se formule la pregunta:

• Si la pregunta se formula como "¿Por qué necesitamos Wire-3 además de Wire-2", la respuesta es porque "Wire-2 puede tener una diferencia potencial sustancial con su entorno / usuario y, por lo tanto, ponerlo en peligro si él / ella ella siempre entra en contacto con él o con Wire-1 ".

• Si la pregunta está redactada como "¿Por qué necesitamos Wire-2 además de Wire-3", la respuesta es porque "Wire-2 es necesario para formar un circuito eléctrico cerrado" o redactado de manera algo diferente "Se necesita Wire-2 para crear una diferencia de potencial para Wire-1 y, por lo tanto, para que la corriente fluya "... con el argumento adicional de que al tener en cuenta consideraciones prácticas, Wire-3 no puede proporcionar una diferencia de potencial confiable / estable para Wire-1 como Wire-2 puede .

Sin embargo, esto realmente no responde por qué es necesario diferenciar entre Wire-2 / Wire-3, considerando cómo

• Wire-3 sigue siendo Wire-3 y mantiene una diferencia de potencial de 0V para su entorno / usuario, independientemente de lo que suceda a su alrededor ... ya que eso es lo que se supone que debe hacer, o dicho de otra manera, ya que esa es la razón por la cual Wire-3 es útil en primer lugar ... ¿verdad?

y

• Wire-2 está conectado a Wire-3

¿Que me estoy perdiendo aqui?

• ¿Por qué es seguro tocar Wire-3 pero no Wire-2, o por qué Wire-3 puede proporcionar un nivel de protección que Wire-2 no puede?

• ¿Por qué diferenciar entre Wire-2 y Wire-3 en la toma de corriente pero luego conectarlos más abajo en la línea?

Si los cables fueran 100% confiables y tuvieran resistencia cero, no habría diferencia entre el neutro (conductor a tierra) y la tierra de seguridad (conductor a tierra). Sin embargo, ninguna condición se aplica.

Incluso si los conductores con conexión a tierra neutral y con conexión a tierra de seguridad están conectados en el panel de interruptores, un aparato de toma de corriente a cierta distancia de la caja puede causar una caída de voltaje significativa en el conductor con conexión a tierra neutral. Si las partes expuestas del dispositivo se conectan a tierra utilizando un conductor de conexión a tierra de seguridad separado, evitará que el voltaje en su extremo del cable neutro aparezca en sus partes expuestas.

Además, el uso de conductores separados asegura que pueden ocurrir una variedad de fallas individuales sin crear una situación peligrosa inmediata (aunque una segunda falla que ocurre sin que la primera haya sido corregida podría ser inmediatamente peligrosa).

1. Si las partes expuestas de un dispositivo están conectadas al conductor de conexión a tierra de seguridad, y un cable caliente dentro del dispositivo toca accidentalmente esas partes, las corrientes de cortocircuito deberían disparar el interruptor.

2. Si el cable caliente falla entre el panel de interruptores y el dispositivo, el dispositivo no recibiría energía, pero no habría voltajes peligrosos cerca del dispositivo.

3. Si falla el cable a tierra neutral, el cable neutro en el dispositivo puede estar solo a unos pocos ohmios separado del potencial caliente directo, pero no fluiría corriente a través de él y no existiría ninguna ruta hacia él que pudiera tocar el operador. Las partes expuestas seguirían conectadas de forma segura al conductor de conexión a tierra de seguridad.

4. Si falla el cable de conexión a tierra de seguridad, el dispositivo ya no estará protegido contra la posibilidad de que un cable caliente toque la carcasa, pero no se creará un peligro inmediato.

Si el caso no estuviera conectado a nada, el fracaso # 1 crearía una situación potencialmente letal inmediata; si estuviera conectado a neutral, el fracaso # 3 crearía una situación potencialmente letal inmediata. Sin embargo, con ambos cables presentes, una sola falla no creará peligro inmediato.

TL; DR:

El cable de tierra es una característica de seguridad para mantenerlo a salvo en caso de que las cosas no funcionen correctamente.

Tiene un cable neutro como cable conductor de corriente para proporcionar energía.

Tiene el cable de tierra como un punto de tierra seguro para equipos con carcasas conductoras (de metal) y como una ruta segura de cortocircuito para la corriente cuando las cosas van mal.

Ahora, algunos antecedentes. En los EE. UU., La energía se entrega a la casa a un voltaje más alto y se reduce para proporcionar 230 VCA con una derivación central.

El neutro está conectado al grifo central.

Desde los dos extremos de la salida del transformador tiene 230 VCA.

Desde cualquier extremo hasta el centro, toque 115VAC.

Por lo tanto, hay 2 circuitos que proporcionan 115VCA. Estos 2 circuitos proporcionan energía a la mitad de las luces y la mitad de los enchufes de la casa.

El neutro está flotando, y a un voltaje desconocido por encima del voltaje de la tierra (literal) debajo de sus pies. Tocar el neutro sería muy peligroso. Tocar cualquiera de los cables con corriente también es muy peligroso.

Para evitar que el neutro flote, está conectado a la tierra de la casa: hay un gran conductor de metal en el suelo debajo de la casa que proporciona una conexión real a la tierra real.

Hay dos puntos de peligro cuando se trata de un sistema de energía.

Uno es el peligro de conectarse entre dos líneas de transporte de voltaje; esto obviamente hará que la corriente fluya a través de su cuerpo.

El otro peligro es si te conectas entre una línea de transporte de voltaje y el suelo, literalmente, el suelo debajo de tus pies. Si el sistema de alimentación no está conectado a tierra, siempre tendrá una diferencia de voltaje medida a tierra.

El primer peligro se puede solucionar sin tocar nunca más de un cable a la vez, generalmente bastante fácil de hacer.

El segundo es mucho más difícil. Si toca cualquier cable de un sistema de energía no conectado a tierra, habrá una diferencia de voltaje entre él y la tierra y la corriente fluirá a través de su cuerpo = ay / muerto.

Para reducir este segundo peligro, los sistemas de energía están conectados a tierra.

En los EE. UU., Conecta a tierra el cable neutro. Ahora está (casi) en el potencial de tierra. Ahora, hay un cable que debería ser seguro tocar (accidentalmente). Esta es la razón para conectar el neutro a tierra.

Los dos cables con corriente están ahora a 115 VCA, medidos a tierra, pero solo hay un cable con corriente en cada toma de corriente, por lo que el cableado es algo más seguro: solo hay un cable en la caja de salida que puede matarlo.

PERO todavía no hemos terminado. Si hay una gran corriente que fluye a través del neutro, entonces (gracias a la ley de Ohm) habrá una diferencia de voltaje entre él y tierra, por lo que el neutro ya no está realmente en el potencial de tierra.

Dado que los dos circuitos de 115 VCA en una casa estadounidense nunca se pueden equilibrar, casi siempre hay un flujo de corriente a través de la línea neutral, por lo tanto, no está realmente en el potencial de tierra.

Ahora, imagine que está utilizando un dispositivo con una carcasa metálica con conexión a tierra. Si está utilizando el neutro como tierra de seguridad, entonces la carcasa no está realmente en el potencial de tierra, por lo que obtendrá un hormigueo de bajo nivel (con suerte solo) si toca la carcasa; no es bueno, aún puede doler.

Si hay un corto desde el cable vivo a la carcasa de metal, entonces el voltaje en la carcasa aumentará == Ouch, Ouch, Ouch. Si el cable neutro se rompe en el cable de alimentación o tiene una mala conexión en el tomacorriente, la carcasa de metal está ahora en voltaje de línea = usuario muerto.

Ahora, imagine el mismo dispositivo con un cable a tierra de seguridad. La tierra de seguridad está conectada a la carcasa metálica. Como nunca fluye corriente a través de la tierra de seguridad (excepto cuando lo protege de un cortocircuito), la carcasa del dispositivo está realmente a nivel del suelo = perfectamente segura, sin hormigueo.

Si ahora hay un corto desde el cable vivo a la carcasa, el voltaje en la carcasa solo aumentará un poco (resistencia del cable a tierra) antes de que se desconecte el disyuntor. El voltaje puede ser lo suficientemente alto como para hormiguear, pero no lo suficiente como para matar = el usuario puede seguir viviendo.

Según las diversas premisas, creo que es una pregunta sobre los requisitos del NEC (Código Eléctrico Nacional) de EE. UU.

¿Por qué diferenciar entre Wire-2 y Wire-3 en la toma de corriente pero luego conectarlos más abajo en la línea?

Porque si los conecta más arriba del panel principal, entonces tiene una ruta de corriente de retorno normal a través del cable de conexión a tierra, lo que crea una situación insegura para cualquiera que lo toque o cualquier cosa conectada a él, que es una gran cantidad de carcasas de metal. Como se detalla en un libro decente sobre el tema .

El neutro es un conductor a tierra en virtud de la conexión en el servicio, pero no es un conductor a tierra porque no se utiliza para conectar nada más a tierra. Solo se usa para transportar la corriente de carga normal de luces, enchufes u otros dispositivos que están conectados de fase a neutro. El conductor con conexión a tierra permanece aislado del suelo en todas partes, excepto por el enlace en el servicio. Si se realiza más de una conexión a tierra, las corrientes de carga neutra se dividirán entre el conductor a tierra y los EGC (conductores de tierra del equipo). Esto puede dar como resultado un flujo continuo de corriente en los sistemas de conductos o estructuras metálicas y tuberías, lo que puede causar corrosión electrolítica e interferencia con equipos electrónicos sensibles debido a campos magnéticos radiados.

En realidad, la configuración de los EE. UU. No es tan infalible ya que varias casas (en los suburbios) comparten un poste de cerdo (transformador) y un neutro abierto en una casa crea el siguiente camino de retorno actual a través de la conexión a tierra de una casa cercana, algo que es no es terriblemente fácil de depurar (imagen del mismo libro):

En cuanto a la otra pregunta:

¿Por qué es seguro tocar Wire-3 pero no Wire-2, o por qué Wire-3 puede proporcionar un nivel de protección que Wire-2 no puede?

Bueno, es más seguro la mayor parte del tiempo. Seguramente es igual de inseguro durante una falla. El mismo libro dice (p. 104):

Nunca suponga que un conductor de electrodo a tierra está muerto.

Finalmente, esta configuración obligatoria de NEC se llama un sistema de puesta a tierra TN-CS en la jerga IEC. En Europa (incluido el Reino Unido), particularmente en las zonas urbanas, es común el sistema TN-S, en el que la tierra se divide desde la neutralidad hasta la subestación .

Como ya ha leído en otros lugares, se requiere neutral para llevar la corriente de retorno de Hot, pero está vinculada a tierra en exactamente un punto para que sea algo más seguro tocarlo por accidente. Solo balancea unos pocos voltios en lugar de cien o dos. Es por eso que siempre cambia el lado caliente de una carga, incluso si esto dificulta el circuito de control.

Debido a que el neutro oscila unos pocos voltios y podría calentarse y caerse en casos extremos, lo que hace que todo el desastre se caliente, se requiere tierra para proporcionar un verdadero 0V en comparación con la suciedad. Esto significa que no puede transportar ninguna corriente porque eso haría que ya no se conecte a tierra en el extremo del dispositivo, al igual que Neutral. Sin embargo, a pesar de que no lleva corriente de funcionamiento, es necesario que lleve corriente de falla para disparar el fusible / interruptor si el usuario estaría expuesto al calor.

Haces un buen punto y creo que es razonable considerar que el cable 3 (tierra) podría eliminarse por completo. Después de todo, no es como una pantalla que detiene las emisiones que emanan: es solo un cable y, por lo general, de sección transversal más pequeña que en vivo o neutral.

Pero entonces, ¿cómo funcionaría un disyuntor de fuga a tierra para proteger a un usuario? Se encuentra allí (un ELCB) en busca de una corriente de tierra que fluye hacia abajo por el cable de tierra; esta corriente le dice que algo inusual está sucediendo en la carga (TV, lavadora, ventilador de techo, etc.). Si fluye una corriente, se está rompiendo parte del aislamiento y las partes potencialmente expuestas de un electrodoméstico (conectadas a un cable de tierra) pueden estar en peligro de conectarse al cable con corriente debido a la degradación o mal uso. Si esto sucede, solo el cable 3 puede decirnos esto.

Las instalaciones modernas (en la UE) utilizan RCB para hacer lo mismo pero no se basan en medir una corriente de tierra: lo implican midiendo la corriente de "diferencia" entre vivo y neutro. Esto se realiza alimentando L y N a través de un núcleo toroidal y teniendo un devanado secundario de varias vueltas que puede activar el reinicio en caso de que la "diferencia" se eleve por encima de (digamos) 30 mA.

Ahora piense en el pobre electricista que conecta la casa de alguien: si el neutro no era indistinguible de un simple voltímetro, su trabajo es mucho más difícil.

Solo unos pocos pensamientos.

Si no fluye corriente a través de Wire-3, no habrá potencial a través de ella (ley de Ohmios). De esa manera, cualquier caso que esté conectado a Wire-3 también está en potencial de tierra, lo que significa que es seguro tocarlo ya que no hay potencial entre el caso y la tierra.

Wire-2 transporta corriente y, si está conectado a la caja, podría generar un potencial de la caja a tierra, que podría ser dañino. También es posible que si el Cable-2 se rompe y el dispositivo se enchufa de manera incorrecta (el Cable-2 y el Cable-1 se intercambian, fácilmente posible), el caso de repente tiene un potencial de fase completa a tierra.

Si conectara Wire-2 en diferentes puntos a tierra, también haría imposible detectar las corrientes residuales de manera confiable, y eso ya puede matarlo.

Más adelante, solo personal capacitado estará en contacto con las líneas y es posible que ya no sea necesaria la seguridad adicional. Y ahorras mucho dinero al no tener un cuarto cable hasta el generador. (Hay sistemas que funcionan así)

Al menos eso es lo que entendí, o al menos eso espero.

El entendimiento que he mantenido y me gustaría reforzar es que "terreno" se hace referencia más claramente como "terreno seguro". Se agregó como un sistema de conexión a tierra secundario para la seguridad en caso de que, por ejemplo, el cable "caliente" fuera a la carcasa (metálica) del dispositivo. No siempre hubo circuitos monofásicos de 3 hilos. El cable "neutral" o "de retorno" es el conductor de retorno a la planta generadora. Siempre trato de mantener esto como mi referencia. (Puede que esté muy lejos de aquí, pero tengo la impresión de que el conductor de retorno no es realmente necesario; regrese a través de la tierra. Por favor avise.) No se debe aplicar un servicio regular al circuito de tierra (verde) aunque sospecho que esto es conveniente el cable está comenzando a usarse como retorno de los circuitos de control eléctrico (temporizadores, etc.). El electricista y el propietario tampoco querrán conectar un cable separado para esto y engañarán al permitir una pequeña, pequeña corriente. Los interruptores de pared iluminados tradicionales se logran haciendo cosquillas en una pequeña corriente a través del circuito de la bombilla incandescente del cual no se percibe luz. Las CFL parpadearán (a medida que se acumula la carga). Una tierra separada permitiría que el interruptor de pared iluminado funcionara si se construyera con un cable adicional. Entonces, ¿permitimos este uso del circuito de tierra o no? Digo que no, porque seguramente no fue en vivo. El método de goteo era un truco complicado pero no era un circuito abierto. Un poco tangente, pero este es el sentido práctico de la situación. Los interruptores de pared iluminados tradicionales se logran haciendo cosquillas en una pequeña corriente a través del circuito de la bombilla incandescente del cual no se percibe luz. Las CFL parpadearán (a medida que se acumula la carga). Una tierra separada permitiría que el interruptor de pared iluminado funcionara si se construyera con un cable adicional. Entonces, ¿permitimos este uso del circuito de tierra o no? Digo que no, porque seguramente no fue en vivo. El método de goteo era un truco complicado pero no era un circuito abierto. Un poco tangente, pero este es el sentido práctico de la situación. Los interruptores de pared iluminados tradicionales se logran haciendo cosquillas en una pequeña corriente a través del circuito de la bombilla incandescente del cual no se percibe luz. Las CFL parpadearán (a medida que se acumula la carga). Una tierra separada permitiría que el interruptor de pared iluminado funcionara si se construyera con un cable adicional. Entonces, ¿permitimos este uso del circuito de tierra o no? Digo que no, porque seguramente no fue en vivo. El método de goteo era un truco complicado pero no era un circuito abierto. Un poco tangente, pero este es el sentido práctico de la situación. ¿permitimos este uso del circuito de tierra o no? Digo que no, porque seguramente no fue en vivo. El método de goteo era un truco complicado pero no era un circuito abierto. Un poco tangente, pero este es el sentido práctico de la situación. ¿permitimos este uso del circuito de tierra o no? Digo que no, porque seguramente no fue en vivo. El método de goteo era un truco complicado pero no era un circuito abierto. Un poco tangente, pero este es el sentido práctico de la situación.

El neutro (cable-2) no está conectado a tierra. Solo mide lo mismo que tierra en la salida si no está utilizando corriente.

Tan pronto como dibuje la corriente, el voltaje en la conexión neutral en la salida no será cero.

Usemos un ejemplo:

El tomacorriente está a 50 pies del interruptor que está extrayendo 12 amperios, (un secador de pelo), cable 14G Este sitio, dice que la resistencia es de 0.13 ohmios.

12A, * 0.13 Ohm = 1.56V en la cuchilla en la salida. No mucho, pero no cero.

Además, hay disyuntores más nuevos y enchufes GFI que detectan si hay corriente fluyendo en el cable de tierra y se dispararán si es así.

Dependiendo del país, Wire-2 no siempre es neutral y está conectado a Wire-3. Wire-1/2 también puede ser de dos fases (ambas en vivo). Otro aspecto es que Wire-3 siempre está conectado a tierra, protegiendo la carcasa metálica de la vida en caso de falla.

Aquí está la razón exacta en inglés simple. Si está utilizando una herramienta o un electrodoméstico y de alguna manera se desconecta la "tierra" normal, USTED podría convertirse en la tierra predeterminada, impactante, por decir lo menos. Sin embargo, si la carcasa de su herramienta eléctrica, el marco de su lámpara o todo el metal de su estufa eléctrica también está conectado a tierra por separado, está a salvo. En circunstancias normales, la tierra nunca se desconectaría, pero de vez en cuando podría hacerlo, por lo que es una buena idea tener el tercer cable correctamente conectado a tierra. Además, en un cableado defectuoso, es posible que algún idiota conecte los dos cables en reversa, muchos dispositivos funcionarían de todos modos, ¡pero la carcasa podría estar EN VIVO! Pero si la carcasa está conectada a tierra por separado, quemará inmediatamente un fusible.