Conexión a tierra y por qué ocurre la fuga de carga

Falta una pepita básica de información en mi imagen de principio a fin de cómo funciona la conexión a tierra y por qué es importante. Cuando se aplica un voltaje en un circuito, la corriente eléctrica comienza a fluir (o el campo se establece solo). Ahora, en un circuito doméstico de CA, la corriente fluye a través del circuito como en CC, pero también pasa a las direcciones inversas 50 o 60 veces por segundo (Hz).

Entonces, ¿por qué algunos electrodomésticos tienen fugas de corriente eléctrica en sus superficies metálicas en primer lugar? ¿No deberían diseñarse todos los componentes internos de los electrodomésticos para que nunca (o rara vez) se produzca una fuga de corriente?

El punto central de mi pregunta es: ¿por qué culpamos a la falta de conexión a tierra cuando un electrodoméstico produce una descarga eléctrica? ¿No es el culpable del electrodoméstico por estar diseñado de tal manera que permita la fuga de carga?

Por lo tanto, en el caso de una descarga eléctrica, ¿no es igualmente importante investigar el dispositivo (en este caso, en realidad es una computadora de escritorio ensamblada a medida) para descubrir por qué su circuito pierde carga en sus partes metálicas del cuerpo, en lugar de esperar siempre que puesta a tierra para eliminar ese exceso de carga a la tierra.

Otra forma de parafrasear esta pregunta es: ¿es probable que se espere que algunos dispositivos (especialmente las computadoras ensambladas) tengan fugas de carga? Por lo tanto, en el caso de choques raros, a veces no debería ser más importante investigar el propio dispositivo por tener la propensión a recibir carga filtrada en lugar de verificar ciegamente la conexión a tierra.

No es inusual que la fuente de alimentación esté conectada deliberadamente a tierra a través de pequeños condensadores de alto voltaje, para reducir la interferencia de radio emitida. Estos condensadores están clasificados para soportar altos voltajes de manera segura y para "fallar a salvo" (es decir, no forman cortocircuitos en caso de accidente o temperatura excesiva). Generalmente se identifican como "Clase Y" o "Clase X2" en su caso marcas, típicamente 0.1 uF 275V o 400V.

Conducirán una pequeña corriente de CA a una caja de metal, y si la caja de metal NO está correctamente conectada a tierra, es posible que reciba una descarga leve de esta corriente, pero no debería ser peligroso.

También he medido aproximadamente 110 VCA en carpintería metálica expuesta simplemente a partir de la capacitancia dentro de un transformador de red (230 V) (la corriente de cortocircuito era de solo 30 microamperios, pero se podía sentir el "hormigueo")

Sin embargo, estaría de acuerdo en que cualquier otra fuente de fuga de la red de CA a la metalurgia debe investigarse; las peligrosas generalmente aparecerían con mediciones de resistencia de CC, a diferencia de lo anterior.

El gabinete del electrodoméstico puede calentarse == conectado a un cable con corriente debido a un error de diseño o uso incorrecto (tirándolo al piso). Esas cosas suceden, tanto como cualquier software tiene errores. Sería bueno que tales errores NO cuesten vidas humanas. Por esa razón, ponemos a tierra el caso, y si ocurre un corto, la corriente excesiva viaja a tierra, el disyuntor se dispara (o mejor, el dispositivo de corriente residual se dispara), y nadie resulta herido.

Para aclarar: NO se supone que la carga gotee a tierra. Cualquier evento de este tipo significa que el electrodoméstico está defectuoso y debe repararse o cambiarse. Curiosamente, la corriente media, requerida para matar a un humano de 30 ma, también es el valor estándar para que se disparen los dispositivos de corriente residual.

Ahora, ¿por qué la corriente fluye a través de una persona, conectando la carcasa del aparato a tierra? ¿Por qué no aislar todas las fuentes de alimentación de tierra, y luego no sería posible cerrar un circuito a través de la persona, tocando la caja activa?

FIXMEUP:
Lamentablemente, no estoy seguro. Creo que esto se debe a que la Tierra tiene una capacitancia significativa y antes de que se cargue lo suficiente como para detener el flujo de corriente, la persona estará muerta durante mucho tiempo.

Hay dos fuentes principales de fuga de red en un aparato de Clase I (chasis conectado a tierra) que funciona correctamente: conexiones capacitivas deliberadas de la red a tierra y capacitancia parásita.

En primer lugar, y sobre todo en el caso de la mayoría de los equipos de clase I de consumo / comerciales ligeros (PC de escritorio, equipos de prueba alimentados por la red eléctrica), son los condensadores de clase Y, a menudo alrededor de 4.7-10nF más o menos, desde la red eléctrica hasta la tierra en el poder entrada. Estos proporcionan una ruta que permite que el ruido interno de alta frecuencia regrese a su origen en lugar de entrar o salir de la caja; junto con el resto de las partes del filtro de entrada a la red, proporcionan un "cortafuegos de ruido" que evita que su caja haga un hash de tu estación de radio favorita.

Sin embargo, para los equipos médicos, donde la baja fuga es primordial, y los electrodomésticos más viejos, donde el filtrado de ruido de esta naturaleza no es necesario, estos condensadores no están presentes. Como resultado, las fuentes de fuga primarias ahora son parásitas, o capacitancias "parásitas", desde el cableado de la red eléctrica hasta el metal conectado a tierra y también entre los dos lados del transformador de la red eléctrica si hay una presente y la secundaria está conectada a tierra. Estas capacitancias son más pequeñas que los condensadores Y en la mayoría de los casos, pero aún pueden proporcionar un poco de corriente de fuga, especialmente para electrodomésticos que tienen motores de CA grandes o similares.

Los dispositivos más nuevos, con sus controles sofisticados, y algunos otros dispositivos (como microondas) son un equilibrio entre las dos fuentes de corriente de fuga.