¿El enlace entre la terminal de tierra / chasis y el transformador de servicio público se establece a través de un cable dedicado o el suelo?

Estaba siguiendo un tutorial sobre transformadores de fuente de alimentación y al principio me encontré con la siguiente ilustración:

Agregué los nombres TG y HG para la tierra del transformador de BT y la tierra local cerca de la casa.

En la ilustración no me queda claro si hay un cable real entre HG y TG o si el suelo establece la conexión.

Mi pregunta es: en un sistema de energía moderno, ¿habría un cable real entre TG y HG o es el suelo mismo el que proporciona el camino?

Hay más de una forma de desollar a este gato, incluso hasta el día de hoy

Si bien existe un estándar global para los sistemas de conexión a tierra de la red eléctrica, IEC 60364 para ser precisos, no establece un solo medio de conexión a tierra de la red eléctrica. En su lugar, define tres formas básicas de realizar la función de conexión a tierra de la red eléctrica y divide una más en tres subcategorías:

• Terra-Terra (TT)
• Aislamiento-Terra (IT)
• Red Terra (TN):
  • Combinado (TN-C)
  • Separado (TN-S)
  • Combinado / Separado (TN-CS)

Además, se usa una impedancia de puesta a tierra en algunas aplicaciones, en lugar de un cable sólido desde el punto de puesta a tierra hasta el electrodo de tierra. También se puede requerir hardware especial para la detección y eliminación de fallas (como detectores de falla a tierra o dispositivos de protección de corriente residual / falla a tierra), dependiendo del sistema.

Ahora discutiremos estos sistemas a su vez, comenzando con el sistema TT, ya que eso es lo que muestra su ilustración. Tenga en cuenta que no existe una única forma verdadera: cada sistema tiene sus ventajas y desventajas, y los estándares locales varían.

Terra-Terra (TT): todos obtienen su propia tierra

Su ilustración, reproducida arriba, representa el sistema de puesta a tierra Terra-Terra (TT), donde cada consumidor (estructura alimentada) en el sistema tiene su propio electrodo de tierra local, sin conexión metálica al sistema de puesta a tierra de la empresa de servicios públicos. Debido al hecho de que la suciedad es un pésimo conductor de electricidad en comparación con el cobre, el uso de un sistema TT requiere un dispositivo de corriente residual para la desconexión / protección principal en el consumidor (unidad de consumo o aparamenta principal), lo que lo hace poco práctico. hasta hace unos 50 años, cuando los RCD comenzaron a estar ampliamente disponibles.

Sin embargo, tiene algunas ventajas cuando se trata de controlar el ruido conducido que ingresa a la red, lo que lo hace atractivo para las telecomunicaciones y las plantas informáticas a gran escala. También se puede encontrar en entornos donde no se puede garantizar la integridad de las rutas de unión a tierra metálicas, como donde los circuitos al aire libre son frecuentes, aunque algunos estándares locales (como en América del Norte) prohíben este sistema de puesta a tierra, mientras que otros (como en Japón , Dinamarca y Francia) lo favorecen fuertemente.

Isolated-Terra (IT): ¡mira mamá, sin tierra!

En realidad no hay nada en la teoría eléctrica que requieraun circuito eléctrico que se conectará a la tierra misma; de lo contrario, no podría enchufar su computadora portátil en un enchufe de un avión para cargarla. Algunas instalaciones de red fijas también omiten la conexión del electrodo de conexión a tierra al punto de conexión a tierra de la red, como se muestra arriba, y utilizan como resultado un sistema de conexión a tierra de TI (o "sistema sin conexión a tierra" en el lenguaje norteamericano). Esto es común en áreas de procesos industriales continuos donde se requiere alta confiabilidad, o para proporcionar protección adicional contra descargas eléctricas en lugares como quirófanos, ya que la primera falla en un sistema de TI no resulta en la corriente que fluye a través de la falla en una situación ideal. (En otras palabras, si pincharas un sistema con conexión a tierra de TI, te convertirías en el proverbial "paloma en una línea eléctrica", hasta que alguien más lo pique al mismo tiempo).

En lugar de un RCD para detectar y desconectar fallas a tierra, un sistema de TI utiliza un detector de tierra (dispositivo de monitoreo de aislamiento) que hace sonar una alarma a los operadores si se detecta una falla a tierra en la red. Esto permite el cierre de un proceso ordenado en un proceso industrial continuo, o la búsqueda de fallas mientras el proceso está "en vivo". Sin embargo, requiere procedimientos especiales para garantizar que se encuentre y se elimine el primer fallo antes de que se introduzca un segundo fallo, ya que ese segundo fallo hará que las corrientes de fallo fluyan a través de ambos fallos, el primer fallo sustituyendo a un electrodo de tierra. Además, las sobretensiones transitorias más altas en los sistemas de TI generan más tensiones en el aislamiento, lo que aumenta el riesgo de una falla debido a la ruptura del aislamiento.

Algunas configuraciones de menor escala (como en laboratorios y lugares de trabajo) usan un transformador de aislamiento para proporcionar una red local conectada a tierra por TI, sin un dispositivo de monitoreo de aislamiento. Esto se hace para proporcionar un grado adicional de protección contra descargas eléctricas, pero, a excepción de los laboratorios que trabajan con dispositivos electrónicos con referencia a la red, los dispositivos sensibles de protección de corriente residual / falla a tierra lo han vuelto obsoleto. Las regulaciones locales rara vez, si alguna vez, exigen la puesta a tierra de TI, salvo para ciertas aplicaciones sensibles (como la alimentación a quirófanos quirúrgicos); sin embargo, puede permitirse como un legado de instalaciones antiguas (Noruega) o bajo supervisión capacitada en entornos industriales (América del Norte).

Terra-Network - todas las tierras juntas ahora, por favor

El sistema de puesta a tierra final y más común en uso es el sistema de puesta a tierra Terra-Network (TN), en sus diversos sabores. En estos sistemas, se proporciona una ruta metálica entre el electrodo de tierra de la empresa de servicios públicos y el electrodo de tierra del consumidor, lo que permite una fácil desconexión automática (a través del dispositivo de protección contra sobrecorriente de circuito) de fallas en la carpintería metálica a tierra mientras se mantienen bajas las tensiones de aislamiento. Sin embargo, la naturaleza de este camino metálico varía entre los subtipos de tierra TN:

• En un sistema "combinado" o TN-C, el electrodo de tierra del consumidor está conectado al cable neutro y no se proporciona una terminación de tierra separada al consumidor, como se ilustra arriba. Las tierras del chasis están conectadas a neutro (o no están conectadas en absoluto) en un sistema TN-C, y no se proporcionan terminales de tierra por separado en los receptáculos de este sistema. Sin embargo, los sistemas TN-C son universalmente obsoletos, debido a la incapacidad de proporcionar una protección efectiva de corriente residual en una red TN-C para algunas clases de fallas, así como los riesgos de una ruptura en las posturas combinadas del conductor de tierra / neutro. Como resultado, solo se ven como un legado de instalaciones más antiguas (particularmente en América del Norte, donde las instalaciones realizadas antes de la década de 1960 pueden no tener ninguna conexión efectiva a tierra protectora en absoluto).

• Lo opuesto a un sistema TN-C es el sistema de conexión a tierra "separado" o TN-S, donde la conexión a tierra neutra se realiza en el extremo de la red del servicio, con conductores de tierra y neutros de protección separados transportados desde la red. al consumidor, y el electrodo de tierra del consumidor conectado a la tierra protectora entrante, como se ve arriba. Esto conlleva costos adicionales para la empresa de servicios públicos en algunos casos, y también tiene el riesgo de que la tierra protectora en el servicio de la empresa pueda fallar silenciosamente y dejar al usuario desprotegido de golpes, pero proporciona una conexión a tierra relativamente baja a través de la red eléctrica. Sin embargo, como resultado de los costos y riesgos incurridos, la verdadera puesta a tierra TN-S también es en gran parte obsoleta, y generalmente solo se ve en instalaciones más antiguas, aunque algunas localidades (India, aparentemente) todavía la usan para nuevos trabajos.

• También es posible combinar características de los sistemas anteriores para producir un híbrido de los dos, llamado sistema de puesta a tierra TN-CS. En tal configuración, la tierra protectora y el neutro se conectan entre sí y al electrodo de tierra del consumidor en un punto aguas abajo de la utilidad, como se muestra arriba (esto es lo que también describe la respuesta de Dave Tweed). Típicamente, este punto es donde el consumidor acepta el servicio de la empresa de servicios públicos, inmediatamente adyacente al hardware de medición de la empresa de servicios públicos en una unidad de consumo principal (panel eléctrico) o aparamenta principal. Las dependencias alimentadas desde este panel principal pueden tener sus propios sistemas de electrodos de tierra, pero no tendrántener una conexión de unión de neutro a tierra (a menos que la dependencia se alimente con TN-C en lugar de TN-S, como en las instalaciones más antiguas en América del Norte). Como resultado de su bajo costo y sus propiedades de seguridad relativamente buenas (tanto la desconexión automática como la detección de corriente residual funcionan bien, y el daño al cableado de la red no representará un riesgo de descarga eléctrica dentro de las instalaciones del consumidor), esta es la forma más común de puesta a tierra TN, y se usa (y es obligatorio en trabajos nuevos) en la mayoría de los lugares donde se implementan sistemas TN (como América del Norte, Australia, Nueva Zelanda e Israel, así como en partes de Europa que no utilizan la conexión a tierra TT).

Conexión a tierra de impedancia: un punto intermedio entre "tierra" y "sin tierra"

En algunos entornos, es deseable controlar la magnitud de las corrientes de falla a tierra por razones de seguridad o confiabilidad. Como resultado, la puesta a tierra de la impedancia.Los esquemas se ven en algunas aplicaciones, donde se conecta una resistencia o bobina entre el punto de conexión a tierra de la red principal y el electrodo de tierra. Esta práctica limita la magnitud de la corriente de falla y la sobretensión transitoria a valores más razonables para las aplicaciones en las que se implementa, y también permite que la desconexión de corriente residual se emplee razonablemente; sin embargo, requiere el mismo cuidado que requiere una red con conexión a tierra de TI, y tampoco se puede usar para el servicio general debido a la incapacidad de tener múltiples puntos de conexión a tierra en dicha red. Esto limita su utilidad a las aplicaciones industriales e institucionales donde el cliente suministra su propio transformador, proporcionando una sección de red principal, completa con un punto de conexión a tierra, que está completamente bajo el control del cliente.

La idea de poner a tierra un conductor en el transformador es "neutralizarlo" para que su voltaje permanezca cerca de cero en relación con la Tierra. La ventaja es que ahora solo los cables con corriente requieren fusibles para que los circuitos sean seguros. (Por supuesto, hay escenarios en los que un fusible en el neutro podría hacer que el circuito sea aún más seguro).

La idea de proporcionar una conexión a tierra / tierra en la casa es unir las cajas de metal o las partes táctiles de los equipos alimentados por la red a la Tierra. En el caso de que un conductor vivo toque la caja conectada a tierra, una gran corriente fluirá de regreso al terminal neutral del transformador pero a través de la ruta de tierra. Esto hace dos cosas:

• Mantiene el voltaje en la carcasa bajo y, con suerte, lo suficientemente bajo como para evitar un choque letal.
• Si el contacto de falla tiene una resistencia lo suficientemente baja, fluirá una corriente de falla alta y quemará el fusible o el disyuntor.

Mi pregunta es: en un sistema de energía moderno, ¿habría un cable real entre TG y HG o es el suelo mismo el que proporciona el camino?

Generalmente, no, no hay retorno del cable de tierra. Agrega costo con poco beneficio.

Ambos. Aquí hay un mejor diagrama:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

La conexión neutral (la derivación central del transformador) está conectada a tierra en ambos extremos del cable que se extiende entre el poste y la entrada de servicio de la casa. Estos son los ÚNICOS lugares donde el neutro está unido al suelo; en cualquier otro lugar, se mantienen estrictamente separados.

Tenga en cuenta que esto ilustra la disposición típica de los EE. UU. Con 240 V divididos en dos cables activos, L1 y L2. El arreglo europeo típico simplemente eliminaría L2 (o en una conexión trifásica, agrega un L3), pero todo lo demás sigue siendo el mismo.

Agregado: el lado de baja tensión del transformador de polo está conectado a tierra por seguridad. Sin él, todo el circuito secundario podría "flotar" a un voltaje relativamente alto como resultado del acoplamiento capacitivo a través del transformador.

El lado LV está conectado a tierra en dos lugares para redundancia. La seguridad no se ve comprometida si alguna de las conexiones a tierra se rompe por algún motivo.

El método general en el cableado residencial en todo el mundo es conectar el sistema como un "sistema aislado" de calor (es) y / o neutral, con una excepción clave. Y luego la tierra de seguridad viene en un cable adicional. En funcionamiento normal, caliente y neutral está completamente aislado de la tierra de seguridad. Solo entra en juego cuando algo sale mal.

Cuando algo sale mal, el cable de tierra tiene varias funciones.

• proporciona una ruta alternativa de regreso a la fuente, para evitar que sea ​​la ruta alternativa.
• Si la falla es un cortocircuito caliente a tierra, permitirá que una gran cantidad de corriente sea baja, suficiente para disparar el dispositivo de sobrecorriente: fusible o disyuntor.
• Si el circuito está protegido por RCD, proporciona una ruta alternativa de regreso a la fuente que evita el RCD, asegurando un disparo RCD.

Solo un problema La corriente fluye en bucles y quiere regresar a la fuente, no a tierra. ¡El suelo no es fuente, lo neutral es!

Ingrese el enlace equipotencial de tierra neutral

Esta es otra característica multifunción que hace que lo anterior funcione, aunque esa no es su razón principal de existencia. Se coloca cuidadosamente en una ubicación específica, el punto de servicio eléctrico básicamente en el cierre del servicio principal y antes del RCD . Nunca tendría dos enlaces equipotenciales en un servicio, por muy buenas razones.

En las condiciones de falla anteriores, este enlace neutro a tierra es cómo las corrientes de falla regresan a la fuente. Dado que está antes del RCD, esta corriente pasará por alto y, por lo tanto, disparará el RCD.

Pero su razón principal es "hacer seguro" el sistema aislado dando a sus conductores un sesgo específico en relación con la tierra . No desea que sus dos conductores floten 5000V y 5230V de la tierra, ya que eso sería bastante exigente en el aislamiento de todos sus electrodomésticos. No desea que ningún conductor esté a más de 230 V de la tierra, por lo que elige un conductor y lo conecta a tierra.

Y quieres que esta sea la tierra cerca de ti . Es por eso que cada edificio necesita su propia varilla de conexión a tierra. La Tierra a 100 metros de distancia puede tener un potencial diferente.

Ese "conductor con conexión a tierra" sigue siendo un conductor en funcionamiento, solo se garantiza que está bastante cerca del suelo. Entonces recibe un nombre especial: "Neutral". Y generalmente se concibe como un retorno actual.

El neutro no es obligatorio, los electrodomésticos de 240 V de EE. UU. No lo usan, ni gran parte de Filipinas, ni las tiendas de construcción del Reino Unido. Todos tienen una conexión a tierra central, con conexión a tierra a medio camino entre los conductores y no están conectados a ninguno de los dos. Esto hace que todos los conductores sean peligrosos, pero solo "la mitad de peligrosos".

De todos modos, es posible que la conexión a tierra en el poste ni siquiera exista, si tiene un transformador de suministro en su sitio. Pero las dos conexiones a tierra son por diferentes razones, o para ser más precisos, diferentes clientes. El que está en el poste es para evitar que el acoplamiento capacitivo o las fugas en el transformador floten el voltaje secundario al primario. Se aplica a la tierra en el polo. Su barra de tierra en su casa es para mantener el voltaje de la red dentro de los 230 V de su tubería de agua u otras cosas con conexión a tierra, para evitar desafiar el aislamiento en esos dispositivos.