¿Por qué un servicio neutral está conectado a tierra pero no el subpanel neutral?

Tierra y neutro no son neutros paralelos. Sé que se ve así porque están unidos en el panel principal. Pero cambie a una forma diferente de pensar sobre los propósitos de los 2 cables. Piense en el suelo únicamente como un escudo de seguridad.

Probemos algunos pares de ejemplos. El primero es el Código y el segundo también se vincula al subpanel. El brillo naranja está en las cosas que están "calientes".

¿Parece increíble verdad? El pobre viejo Code Man está en la oscuridad. Su poder trató de regresar a través de neutral, y neutral se rompió, por lo que falló el poder. Rogue Man es un tipo feliz y su vida no se ve interrumpida. Ground está funcionando muy bien como un "neutral de respaldo". ¡Ni siquiera sabe que tiene un problema!

Por supuesto, la conexión a tierra es un cable más delgado, por lo que podría sobrecalentarse, pero ¿y qué? O, ¿y si se cortaran tanto el suelo como el neutro?

Code Man todavía está en la oscuridad y todavía tiene que arreglar esos cables. Rogue Man está muerto.

En la instalación de Code Man, el calor atravesaba la bombilla, buscando el punto neutro. No lo encontró, por lo que elevó el neutro a 120 V (no hay suficiente energía para un trabajo útil, pero sí suficiente para impactar). Hizo lo mismo con Rogue Man, pero dado que conectó el neutro a tierra en el subpanel, la tierra ahora también es de 120 V, incluida la cubierta del panel de servicio y los tornillos de la cubierta de la placa del interruptor.

Suponga que el subpanel tiene su propia varilla de tierra. Eso no ayuda mucho. La tierra tiende a tener una alta resistencia, por lo que los tornillos de la cubierta pueden tener 103 V en lugar de 120 V.

Tengo la buena fortuna de trabajar en conductos de EMT en un edificio de acero, lo que naturalmente obliga a todo el sistema de conductos a conectarse a tierra. La tierra nunca es parte del circuito de ninguna manera. Entonces puedo verlo como se pretendía, como una "cubierta" protectora alrededor de todas las cosas eléctricas.

El terreno aún no es un sobre perfecto. Está en un trabajo nuevo, pero todavía tenemos mucho cableado antiguo que no es práctico prohibir por completo, como NEMA 10 e interruptores inteligentes de bucle de conmutación que toman tierra como neutral.

¿Por qué bonos neutrales en absoluto?

Esa es una GRAN pregunta. No conectar a tierra le daría un sistema aislado . Y eso tiene mucho sentido de alguna manera, como resolver algunos de los problemas que ves arriba. Pero tiene otras desventajas. Profundizo sobre eso aquí .

Leí las publicaciones y entiendo por qué Neutral y Ground están unidos en el panel de servicio principal. Pero, ¿por qué es una mala idea unirlos en el subpanel, dado que el cable de tierra y el cable neutro del subpanel están de hecho conectados a través de la unión en el panel principal de todos modos?

Harper realmente proporcionó las respuestas correctas, pero creo que, como no soy un experto, puedo explicarlo con algunas ilustraciones simples. (Descargo de responsabilidad: solo soy un principiante y me interesó la cuestión del cable neutro/tierra cuando trataba de descubrir cómo conectar algunos LED de 50 W al sistema eléctrico).

De hecho, todo está bien cuando nada está roto en el circuito. Si el subpanel está conectado al panel principal, la vinculación en el subpanel parece inofensiva, pero suceden cosas malas cuando se interrumpe esa conexión.

Si el cable de tierra y el cable neutro están unidos en un subpanel, y de alguna manera los cables neutros del subpanel al panel principal están rotos, entonces, a pesar de esta "mala unión", el cable de tierra ahora se convierte en el "neutral de respaldo" y comienza a transportar la corriente que se supone que debe regresar al transformador, y todas las cajas conectadas a tierra, etc., se calientan y pueden electrocutar a alguien. (Vea las ilustraciones de Code man vs rogue man de Harper el 26 de mayo de 2016 a las 21:39)

Configuración sin subpanel

                                  -----------
Main Panel         Hot wire      |           |
   --------------->--------------| Appliance |
   +------X-------<--------------|           |
   |      |        Neutral wire   -----+-----
   |      |                            | Ground wire
   +------|-----------------------------
   |      |
   |       ---- If the wire breaks there, all is well since
-------         the break occurs BEFORE the bonding 
 ----- Earth
  ---

Buen cableado sin unión en el subpanel

                                     Subpanel        -----------
Main Panel         Hot wire             -           |           |
   --------------->--------------------| |---->-----| Appliance |
   +--------------<---------------X----| |----<-----|           |
   |               Neutral wire   |    | |           -----+-----
   |                              |    | |                | Ground wire
   +------------------------------|----| |----------------+
   |                              |     -         OK if there is a break
   |                              --------------  since there is no bonding
-------                                           at sub panel
 ----- Earth
  ---

Mal cableado con unión en el subpanel

                                     Subpanel        -----------
Main Panel         Hot wire             -           |           |
   --------------->--------------------| |-->-------| Appliance |
   +--------------<---------------X ---| +--<-------|           |
   |               Neutral wire        | |           -----+-----
   |                                   | V                | Ground wire
   +--------------------------------<----+----------------+
   |                               Alternative return path
   |                               via ground wire, which becomes deadly
-------                            when that path also breaks and the
 ----- Earth                       the appliance's case becomes hot
  ---

Alternativamente, piense por qué es una mala idea unir los receptáculos neutros y de tierra en la salida, y la misma razón se aplica al subpanel.

Antes de responder a su pregunta, cubramos algunas propiedades básicas:

• El objetivo principal del neutro es transportar las cargas desequilibradas.
• El propósito principal del sistema de puesta a tierra es tener una referencia de voltaje cero limpia y confiable.
• El objetivo principal de una varilla de conexión a tierra y/u otros electrodos de conexión a tierra es ayudar a impedir que las sobretensiones indirectas extrínsecas de fuentes naturales causen daños al sistema eléctrico residencial.
• El sistema de puesta a tierra y los electrodos de puesta a tierra tienen dos propósitos totalmente diferentes.

Ahora para abordar las preguntas de preocupación principal

¿Por qué la corriente en los conductores de puesta a tierra del panel principal no es un problema?

Respuesta simple: los circuitos en paralelo y en serie se comportan de manera diferente.

En su mayor parte, todos los circuitos derivados funcionan en paralelo en una casa, pero el neutro transporta todas las cargas desequilibradas y técnicamente es un conductor conectado a tierra en serie. En un camino en serie, el voltaje es inversamente proporcional, la resistencia es directamente proporcional y la corriente es constante.
Esto hace que sea muy difícil, si no imposible, que el voltaje potencial vaya a cualquier lugar que no sea hacia abajo, pero no se equivoque al respecto, el neutro puede provocar una descarga eléctrica y causar la muerte debido a la corriente.

El cable activo es NEGRO en CA y tierra en CC, el neutro es blanco en CA y rojo para positivo o "activo" en CC.

El problema es tratar de encontrar una analogía con CA y CC, que la mayoría está familiarizada con CC porque utilizan erróneamente la analogía del flujo de agua para la corriente en CC.

Siga con CA y solo CA a menos que pueda pensar en CA como CC y los cables de CC cambian de lugar 60 veces por segundo (60 Hz).

El cable de tierra a tierra desde la tierra del chasis del aparato no tiene nada que ver con el circuito eléctrico, nada.

Hasta que después de demasiadas electrocuciones el sindicato de electricistas exigió medidas de seguridad, lo que significó lucro cesante, pero ahorro en vidas.

Mire la tierra desde el chasis hasta la tierra en los subpaneles como si no existiera y trate el circuito tal como está.

A continuación, NO conecte el neutro a tierra más allá del panel principal, ¡PUNTO!

Esas conexiones a tierra adicionales del chasis son como una jaula de Faraday solo para seguridad y protección, y NO para permitir que el circuito siga funcionando si se pierde el neutro en los subpaneles.

El eslabón más débil de cualquier circuito debe ser el disyuntor (fusible), y debe romperse (abrirse) tan pronto como lo exija la seguridad para proteger el circuito.

La resistencia del circuito está diseñada por el fabricante. El disyuntor (fusible) está diseñado para evitar que el cable se caliente demasiado y queme la casa, y no para proteger a los humanos y sus animales de la electrocución, ahí es donde entra el GFCI y aún puede freírse si toca ambas piernas de caliente y neutral exactamente al mismo tiempo en menos de 10 milisegundos. El GFCI se dispara cuando hay una diferencia de potencial, por lo que la mayoría de los organismos vivos suelen tocar una de las dos patas para disparar el GFCI y causar una diferencia de potencial.

En esencia, la conexión a tierra del chasis está destinada a provocar un drenaje repentino de corriente por encima del disyuntor, o que el cable se rompa y marque para que un electricista arregle la falla, y no para proteger a los humanos porque 0,001 amperios es el umbral de sensación, 0,010 amperios es el umbral del dolor, y 0,100 es el umbral de la fibrilación cardíaca, lo que equivale a la muerte inmediatamente siguiente; Entonces, ¿por qué ataría o uniría el neutro a la tierra del chasis a tierra en cualquier subpanel? No tiene sentido porque es similar a usar un destornillador de electricista sin el mango aislado en un circuito vivo: aunque, si lo hace, el circuito no necesitará un neutro si tiene una buena conexión. Simplemente no toque el ni ningún aparato en ese circuito del subpanel. Prefiero lidiar con una casa trampa explosiva que con una casa con un subpanel neutral unido con tierra, y no solo "tierra" porque no hay "tierra" en CA, solo en CC y ese es el origen de la confusión. . Una palabra es lo que hace en la oración y la palabra significa lo que dice el contexto previo y posterior. En caso de duda, utilice un voltímetro.

Inspector e ingeniero eléctrico jubilado. El NEC ayudó a pagar mis cuentas.