¿Por qué no usamos un cable neutro para conectar a tierra los dispositivos y un cable de tierra para cerrar el circuito?

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Figuras 1 y 2 que muestran el peligro de la puesta a tierra por neutro.

En el primer ejemplo, el Lunático 'Lectrician' ha 'puesto a tierra' la carcasa de la lámpara conectándola al cable neutro. Todo parece estar bien aunque la clienta nota un ligero cosquilleo cuando toca la lámpara cuando está encendida. Esto se debe a que hay una ligera caída de voltaje causada por la corriente a través del cable de retorno. El cliente vive esta vez.

En la segunda situación, uno de los cables de Lunático 'Lectrician' se cayó. Desafortunadamente, era el cable de retorno y ahora la lámpara de metal está encendida. (La resistencia de la bombilla no es lo suficientemente alta para proteger al cliente.) Lunático 'Lectrician puede perder a este cliente.

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Figura 3. Peligro de inversión de fase con 'neutro' conectado al marco de la lámpara.

Ahora bien, no todos los países usan enchufes polarizados y, lamentablemente, Lunatic 'Lectrician opera en uno de estos países. Hay una probabilidad del 50/50 de que el enchufe vaya de forma "segura". Hay un 50% de posibilidades de que salga de esta manera.

¿Necesitas algo más convincente?

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Figura 4. Lámpara cableada correctamente.

Considere lo que sucede en un sistema cableado correctamente. Si el cable vivo se cae de la bombilla y toca la caja de metal, fluirá una gran corriente a tierra. Si el fusible tiene la clasificación correcta, se quemará rápidamente desconectando el suministro vivo. Si el neutro hace cortocircuito con la carcasa, es posible que no se detecte la falla y que la corriente se divida entre los cables neutro y de tierra. Un RCD/ELCB te protegerá frente a este tipo de fallos, pero esa es otra cuestión .

Actualización tras actualización de pregunta.

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Figura 5. Rotura en cable de tierra.

No. Nunca es seguro usar el cable de tierra como neutro. Considere la Figura 5: el cable de tierra se ha roto y cualquier otra cosa conectada a él cobrará vida una vez que se encienda S1. Es demasiado peligroso. Causará una confusión potencialmente fatal a la próxima persona que modifique el sistema. Respete las buenas prácticas, las normativas locales y disfrute de una larga vida útil.

Si bien, por lo general, el cable neutro y el cable de tierra tienen el mismo potencial y, por lo tanto, pueden intercambiarse de manera efectiva desde un punto de vista puramente eléctrico, la forma en que están conectados los hace muy, muy diferentes.

Un sistema eléctrico doméstico debe contar siempre con dos dispositivos de protección:

• el RCD, también conocido como dispositivo de corriente residual
• un disyuntor

El RCD está conectado a vivo y neutro y mide la diferencia de corriente entre los dos cables: si la diferencia es demasiado alta, se dispara y desconecta el cableado aguas abajo. El propósito de este dispositivo es evitar que la corriente que viene de vivo no regrese a través del neutro: esto puede suceder si dicha corriente fluye en una carga, por ejemplo, un humano, que no está conectado al neutro sino a algún otro potencial similar, como la tierra

El interruptor suele incluir dos mecanismos de disparo: magnético y térmico. El mecanismo magnético interviene si la corriente que fluye en el interruptor es demasiado alta, aunque sea por poco tiempo, mientras que el mecanismo térmico interviene si fluye una corriente algo alta durante mucho tiempo. El propósito de este dispositivo es evitar que los cables se incendien, al mismo tiempo que permite picos de corriente altos, pero no demasiados, que duran un breve momento.

Si solo cambia vivo y tierra con una carga, el RCD simplemente se dispararía y no debería pasar nada interesante, simplemente olvídelo. Si no hay RCD presente y tiene un cableado pequeño/largo/malo, posiblemente pueda elevar la tierra desde tierra de varios voltios, y eso es algo malo.

Vladamir tiene la respuesta importante: tratamos a los dos conductores de manera diferente, aunque nominalmente tengan el mismo voltaje. Da el ejemplo de un RCD, y los GFCI que se ven en la construcción moderna de EE. UU. funcionan de manera muy similar. La expectativa es que el flujo de corriente del cable caliente y el cable neutro sea de igual magnitud. Si no lo son, el RCD/GFCI calcula que la corriente debe regresar a través de otra ruta (cable de conexión a tierra, plomería, etc.) para que se dispare.

Hay una segunda razón que no mencionó, y es que solo nominalmente tienen el mismo voltaje. Los cables de cobre no son perfectos. Tienen algo de resistencia. Esto significa que la corriente que fluye a través de la línea neutral puede "elevarla" a un voltaje sobre el suelo. Por lo general, esto es lo suficientemente pequeño como para que no lo notemos, pero el equipo estéreo lo nota grande .hora. Los equipos de audio a menudo necesitan medir voltajes pequeños (es decir, menos de 1 V) contra un nodo común y luego amplifican esa señal para enviarla a los altavoces. Esta medición a menudo se realiza fuera del voltaje de referencia de "tierra" (por muchas razones). Si comienza a poner ruido en el "suelo", comienza a aparecer en el sonido con bastante rapidez. Es por eso que muchos amplificadores estéreo tienen un conector de 3 clavijas o un puerto de tierra dedicado que puede conectar a tierra si el ruido eléctrico cercano tiene un gran efecto en la calidad del sonido.

Respondiendo a la pregunta en la edición:

Si la bombilla está conectada de esta manera:

Si el cliente toca la lámpara cuando está encendida, no creo que notará un ligero hormigueo porque el camino de regreso es el suelo.

Si el cable neutro se cayó, la caja de metal no está activa. Si el cable de tierra se cae, la bombilla se apagará pero no hay peligro. ¿Es correcto conectar dispositivos de esta manera?

A los electrones no les importa el color de los cables ni las etiquetas arbitrarias que les ponemos. Si nuestro cable de suministro tuviera tres conductores aislados con plástico negro, blanco y verde (asumo aquí los códigos de color norteamericanos) y conectáramos toda la estructura metálica táctil al cable blanco y todas las rutas de retorno al cable verde, entonces no habría ningún riesgo inmediato. de choque Incluso si se desarrolló una "falla única".

Sin embargo, hay un par de razones por las que esto es una mala idea.

1. En muchos cables prácticos, el hilo de tierra no es simplemente otro conductor cubierto de plástico que se diferencia de los otros hilos únicamente en el color. Puede estar aislado de las personas que tocan el cable solo por la cubierta exterior, mientras que los otros conductores están aislados tanto por su propio aislamiento como por la cubierta exterior. A veces, es posible que no esté aislado de las personas que tocan el cable.
2. Las convenciones son convenciones por una razón. Incluso si su sistema con cables de colores extraños es seguro tal como está, solo hace falta que alguien venga y le haga modificaciones, asumiendo que sigue el estándar para hacerlo inseguro.

Esto solía ser una práctica estándar en el cableado de la casa: tomacorrientes de 3 clavijas que tenían puentes N y PE, y usaban 2 cables en la pared. Menos riesgo de que un cable en la pared se rompa y provoque el peor de los casos descrito anteriormente; aún así, el cableado dañado o mal ejecutado/modificado provocó suficientes accidentes como para provocar la eliminación gradual de tales prácticas en la mayoría de los lugares.