¿Es realmente necesaria la conexión a tierra en el sistema eléctrico doméstico?

Sé que la respuesta a mi pregunta es "¡Sí, lo es!". La conexión a tierra es necesaria para evitar que una persona toque una parte metálica de un equipo defectuoso para recibir una descarga eléctrica. De modo que la persona actúa como conductor cerrando el circuito entre la parte metálica de alta tensión y tierra (a cero voltios por definición). La conexión a tierra, por lo tanto, ofrece una ruta alternativa para que fluya la corriente, y esto sucede porque en algún lugar a lo largo del sistema de distribución de energía, el cable neutro N está conectado a una varilla metálica plantada en el suelo. Mi pregunta es: ¿qué pasa si se quita este cable neutro - conexión a tierra, como se ilustra en la imagen? Esto haría innecesario el cable de tierra en los enchufes domésticos, ya que una persona tocando la caja metálica de un equipo defectuoso no cierra el circuito, porque no está el circuito incluyendo la tierra. Entonces, según tengo entendido, esto funcionaría (tal vez) si el sistema de distribución de energía no está conectado a tierra en ningún lado. ¿Es posible realizar un sistema de distribución de energía totalmente flotante desde el suelo? Estoy bastante seguro de que la respuesta es no, pero no sé por qué... entonces, ¿por qué no es posible? Gracias.

Sistema de energía eléctrica sin conexión a tierra.

Está ahí para cuando algo sale mal, no cuando todo está bien.
Se llama PE por "tierra protectora", es una característica de seguridad.
Su proceso de pensamiento es en gran medida correcto. Si todas las salidas del transformador están aisladas, entonces todo está bien. Pero ocurren fallas, lo que hace que los cables toquen el metal expuesto de vez en cuando. En los EE. UU., algunos sistemas trifásicos no tienen conexión a tierra. Pero hay muchos requisitos para que tales sistemas mantengan la seguridad. Aquí hay un breve artículo al respecto. ecmag.com/section/codes-standards/…
@mkeith - Voy a llamar a BS. Si hay un cortocircuito en su estufa eléctrica, la corriente de fuga inherente y la capacitancia inherente del sistema del transformador impulsarán suficiente corriente a través de su cuerpo para matarlo.
@mkeith: tengo una maestría en ingeniería eléctrica y estudié transformadores de potencia en la universidad. Incluso si no hay una fuga resistiva en el transformador o en otra parte del circuito (lo cual es poco probable), la capacitancia entre los devanados secundarios del transformador y la caja, más la capacitancia entre el secundario y el primario permitirían un flujo de corriente sustancial.
@mkeith: el caso es el que está en el poste de energía afuera.
@HotLicks Pensé que en algún lugar de Escandinavia todas las casas tenían transformadores exactamente para evitar la forma típica en que uno recibe una descarga eléctrica. Los niños con un solo brazo pueden empujar los enchufes todo el día, sin hacer daño.
@mkeith - Y estaba hablando de sistemas sin conexión a tierra.
@Pauer Eighty Six ¿Has terminado con esta pregunta ahora?
Sí, he terminado. ¡Gracias a todos!
@PauerEightySix tal vez realice el recorrido de 2 minutos para comprender lo que debe hacer para cerrar esta pregunta como completa.

Respuestas (4)

Lo que no está considerando es que un chasis conectado a tierra o una caja de metal que contenga una conexión en vivo "falsa" se revelará automáticamente en caso de que ocurra una falla que haga que la corriente toque el metal conectado a tierra. Se quemará un fusible y, en unos pocos milisegundos, el problema se solucionará y se revelará .

Para una fuente de CA aislada (como el secundario de un transformador de aislamiento), no hay nada que indique que la caja de metal pudo haber entrado en contacto con corriente. Puede tocarlo y tal vez recibir un pequeño cosquilleo, pero no es claramente revelador.

Se ha producido el fallo 1 y no es auto-revelador...

Tiempo después, ocurre otra falla que puede estar en cualquier parte de tu calle y en cualquiera de las casas de esa calle. Esa falla hace que el neutro se conecte a tierra.

La falla 2 tampoco se revelará automáticamente porque no quemará un fusible: -

Luego toca la caja o chasis de metal desenterrado: -

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Las flechas magenta muestran el flujo de corriente de electrocución.

Ahora, la caja de metal es una trampa mortal (porque no está conectada a tierra) y está esperando que la próxima persona desafortunada venga y la toque. No se ha revelado nada que le diga que ha surgido una situación peligrosa.

La primera "pista" (si sobrevives a la pista) es la electrocución.

+1 Esto. Ejemplo del mundo real: si el propietario anterior de mi casa hubiera puesto a tierra correctamente uno de los interruptores de luz, el cortocircuito entre su placa frontal de latón y la red eléctrica de 230 V en vivo habría sido bastante evidente mucho antes de que lo tocara y recibiera una buena sacudida.
Es posible que desee revisar esta discusión desde el sitio de Home Improvement SE. diy.stackexchange.com/questions/209261/…
Pero, al menos aquí en los EE. UU., la segunda falla reveladora que mostró Andy es una conexión hecha a propósito, en el lado secundario del transformador (el lado que va a una casa). Siendo ese el caso, solo se necesita la primera falla para poner la caja / caja de metal (piense en la estufa) a 115 V en relación con la tierra. De ahí la necesidad de conectar a tierra las cajas metálicas. Además, le doy a Andy un voto a favor por el bonito gráfico.
Además de esto, la protección contra sobretensiones adecuada generalmente requiere una conexión a tierra, y las garantías que vienen con la mayoría de los dispositivos de protección contra sobretensiones de consumo quedan anuladas si se usan sin una conexión a tierra confiable.
El metro de Londres utiliza un sistema de electrificación de CC de 4 carriles sin referencia a tierra para evitar los efectos de las corrientes parásitas. Cuando ocurre una primera falla que cortocircuita un riel de alimentación con un riel en funcionamiento, no se observa ningún efecto adverso. Estoy al tanto de dos incidentes (no puedo encontrar los informes en este momento) en los que una segunda falla a varios kilómetros de la primera, pero en el riel de alimentación opuesto, causó una gran emisión de humo, lo que en un caso provocó la muerte por el pánico subsiguiente. .
@ grahamj42: Creo que un sistema basado en CC se beneficiaría de tener el riel positivo sesgado al potencial del suelo o ligeramente por debajo, ya que la fuga a tierra aceleraría la corrosión en cualquier cosa que esté sesgada por encima del potencial del suelo.
Encontré una referencia a un accidente de LU: Railwaysarchive.co.uk/docsummary.php?docID=1167
Pensé que el metro de Londres usaba ambos rieles para el regreso, por lo tanto, un cortocircuito en cualquiera de ellos daría como resultado un cortocircuito inmediato. No entiendo el cuarto riel del que habla, aparte de que es un duplicado del tercer riel interno positivo de 650 voltios para que sea compatible con el tercer sistema ferroviario "externo" de la región sur.

Además de la respuesta de Andy, un suministro flotante puede requerir disyuntores dobles en cada circuito para disparar ambas líneas, ya que no puede predecir qué fase será "neutralizada" por la primera falla.

La neutralización deliberada de una línea evita ese riesgo y, por lo tanto, solo los cables vivos requieren protección con fusibles o disyuntores.

El sistema de puesta a tierra que se muestra es el sistema TT seguido en Italia con una tensión de alimentación trifásica de 400 V y monofásica de 230 V.

ingrese la descripción de la imagen aquí

En este sistema, la responsabilidad de la puesta a tierra del neutro del transformador recae en el proveedor del servicio público, mientras que la puesta a tierra de la caja metálica recae en el consumidor.

El sistema permite el uso de disyuntores (MCB) e interruptores de circuito de falla a tierra (GFCI) para eliminar fallas de línea a línea, de línea a neutro y de línea a tierra.

La ubicación más probable de una falla de línea a tierra sería en un recinto metálico. Si las envolventes de neutro y metálicas no estuvieran conectadas a tierra, no se produciría ningún disparo para eliminar dicha falla y pasaría desapercibida. El resultado natural sería la electrocución debido al contacto con la carcasa de metal vivo y la tierra, si otra línea o el neutro se conectaran a tierra simultáneamente en otro lugar.

En un sistema trifásico , sin humanos (o animales/equipos valiosos), y sin roturas de conductores, no hay necesidad de esa conexión redundante de 'Neutro' o 'Tierra'.

Los problemas surgen cuando hay fallas, humanos y animales/equipos valiosos presentes que necesitan protección contra la energía eléctrica (incendio), corrientes corporales (choque/muerte) y sobrevoltaje (equipo).

La tierra y los pedazos de metal clavados en ella proporcionan un buen camino de conducción para los humanos que tocan el sistema defectuoso y la 'tierra'.

Todo el alboroto se trata de tratar de garantizar que los humanos (y los animales valiosos) que normalmente tocan la tierra no toquen también equipos defectuosos que tienen voltajes que pueden inducir corrientes de choque. Y también que las corrientes de falla (en los cables) son lo suficientemente altas como para quemar los fusibles (disyuntores) que necesitan una baja impedancia hacia y a través de la Tierra.

Por lo tanto, nos aseguramos de que haya suficiente aislamiento y distancia para que las personas no puedan tocar los circuitos vivos, que los circuitos estén protegidos por fusibles y conectados a tierra (conexión de retorno de respaldo), y también hoy en día que también tenemos protección contra fugas (corriente residual o falla a tierra). dispositivos.

La puesta a tierra no es realmente complicada, pero se barren bajo la misma alfombra muchos aspectos diferentes (p. ej., daño del equipo de suministro por sobrecalentamiento, muerte por incendios, muerte por descarga eléctrica, daño del equipo por transitorios de voltaje, para identificar algunas de las fallas). medidas de protección en la oferta moderna).

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