¿Por qué el neutro principal está atado a la tierra?

Hay cuatro razones para poner a tierra el neutral.

1. El neutro de conexión a tierra proporciona una referencia común para todas las cosas conectadas al sistema de energía. Eso hace que las conexiones entre dispositivos sean seguras (r).

2. Sin una conexión a tierra, la electricidad estática se acumulará hasta el punto en el que se producirá la formación de un arco eléctrico en el dispositivo de conmutación, lo que provocará una pérdida significativa de la potencia transmitida, sobrecalentamiento, incendios, etc.

3. Con un sistema flotante, es posible tener un cortocircuito entre los sistemas internos y los adyacentes a través de la ruta de tierra como se muestra a continuación. Encender una luz en su casa también puede hacer que se encienda una luz en la casa de sus vecinos. Esta característica es altamente impredecible.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

4. Finalmente, al dar a tierra una ruta de retorno a neutral, un cortocircuito al chasis con conexión a tierra de un dispositivo produce un resultado predecible en términos de una respuesta de fusible o interruptor. Esto proporciona una gran protección preventiva para el usuario.

En resumen

En un modelo simple, parece que no sería más seguro no atar el terreno al neutral. Sin embargo, en realidad, en un sistema de energía distribuida no hay garantía de esto, ya que no tiene forma de saber si hay algún otro camino de regreso al transformador a través de una ruta diferente. Es decir, en el punto 3 anterior, puede estar en peligro de electrocutarse tanto como si su neutro estuviera conectado a tierra.

Al final, los otros beneficios de atar de nuevo a neutral superan el beneficio de aislamiento posible, pero no confiable.

NOTA: Desde el punto 4 hay un cambio de paradigma en la forma en que debe pensar acerca de la conexión a tierra neutral. No piense que el neutro está conectado a tierra, sino que piense que el terreno está conectado al neutro para permitir que la corriente de un corto a tierra vuelva al transformador.

De lo que estás hablando es de un sistema aislado . Tengo un tratado extendido sobre él aquí . En un sistema aislado, "la primera falla a tierra es libre" (y se convierte en el enlace a tierra neutral). Esta es la idea que estás promoviendo.

El problema es el segundo. A menos que tenga personal de mantenimiento haciendo pruebas de aislamiento y persiguiendo y eliminando esa primera falla de tierra , fallará en silencio, no se detectará y quedará en espera . Así que estás en la misma situación , solo que ahora, no tienes idea de si el calor o el neutral te serán letales hoy.

También existe la falacia de haber descubierto un caso de uso donde su idea es mejor, pero no está considerando todos los demás casos de uso. La NFPA lo hace, y los considera a todos en equilibrio, y desarrolla las mejores prácticas que salvarán la mayor cantidad de vidas y viviendas. Ese es literalmente su trabajo, siendo la Asociación Nacional de Prevención de Incendios.

Además, un sistema aislado no funciona a menos que tenga su propio transformador, ya que todo el sistema debe estar en mantenimiento común para que pueda asegurarse de que permanece aislado. Tengo el lujo de tener mi propio transformador. Lo ejecuté como un "sistema aislado" por accidente (falta de conexión a tierra neutra). La "primera falla de tierra" de hecho falló en silencio y me sorprendió. Descubrí esto después de desenergizar un circuito y desconectar los cables de una toma de corriente. ¡Destello a tierra para asegurarme de que el circuito estaba apagado, y esto volvió a encender el circuito! ¿Qué ??? Resulta que en un circuito no relacionado, hot se ha puesto a tierra. La conexión a tierra fue de 120 V desde el neutro en todas partes del sistema , incluso en los circuitos que se apagaron. Eso es muy malo, y el tipo de disparate que ocurre en sistemas aislados que no se mantienen de manera competente. Fallar en silencio es MALO.

Diré esto: fue una buena prueba de validación para el trabajo anterior, que fue un cambio de cableado completo de un sitio que tenía docenas de defectos graves.

En una red de TI , donde ambas líneas del socket están activas, la GFCI no funcionaría en un error único .
Lo que tiene ventajas en algunos sistemas de alta continuidad (por ejemplo, salas de operaciones), un solo fallo no apaga todo.
Pero deberá monitorear activamente las fallas individuales utilizando monitoreo de aislamiento .

En vez de eso, lo conectamos a la posición neutral para que, incluso en un solo fallo, funcionen los mecanismos de protección. A esto le llamamos TT-network .

No tiene nada que ver con la seguridad táctil. SELV (seguridad de muy baja tensión 42V) es para áreas húmedas y seguridad de contacto.

Como Neil ha señalado, el panorama general es que eres parte de una gran red eléctrica, y si no estuviera conectada a tierra en algún lugar, toda la maldita cosa flotaría alta, quizás a $ voltios de relámpago.

Su segunda pregunta "¿No sería más seguro simplemente flotarla"? se convierte en una pregunta muy interesante cuando tiene un sistema de energía solar local no conectado. Los registros eléctricos (aquí) te obligan a conectar a tierra N, pero en realidad, eso es solo hacer que sea más seguro.

Este es un tema que (la instalación de la energía solar) hemos discutido en profundidad, sin una buena conclusión.

En el laboratorio de TV prescribimos el uso de un transformador de aislamiento para separar galvánicamente nuestro dispositivo bajo prueba de la red eléctrica. Esto hizo que la TV fuera segura al tacto, con UNA mano. También hizo que el televisor fuera seguro para probar, es decir, para conectar la base de su osciloscopio al circuito. Pero cuando conecta un alcance a tierra a un circuito flotante, se vuelve a conectar a tierra y, en principio, ¡no es seguro tocarlo!

Para llegar al punto, teníamos una ley que prohíbe conectar una regleta de alimentación a un transformador de aislamiento. Utilice un transformador por dispositivo. De lo contrario, es demasiado fácil tocar dos dispositivos y descubrir la manera difícil en que uno está "caliente" en relación con el otro. No puede separar galvánicamente un edificio entero y esperar que el circuito permanezca flotante y seguro.

Además de la conexión a tierra inadvertida a través de algún dispositivo, también hay una corriente de fuga a tierra, a través de los condensadores. Su computadora tiene una fuente de alimentación separada galvánicamente, por lo que es seguro tocarla. Pero hay una C entre la tierra primaria y la secundaria para cortocircuitar el EMI del SMPS. Si la conexión a tierra no está conectada y toca la carcasa, la corriente de 50-60 Hz a través de esa C (y la C del transformador) le da un cosquilleo. Conecte 10 dispositivos de este tipo con 10 C juntos sin conectar a tierra explícitamente ninguno de ellos y el tintineo se convierte en un shock. Es por eso que debe usar un tomacorriente con conexión a tierra para los dispositivos electrónicos modernos. [editar: esquema agregado de otro hilo Henry Crun]

La razón principal es quemar los fusibles de protección para garantizar que la corriente de falla sea suficiente para ese propósito. Sin embargo, también ayuda a limitar las excursiones de tensión en la distribución trifásica.

Vivo al suelo del chasis es una falla común. Si no se une el neutro a la tierra, no fluirá una corriente significativa para fundir el fusible y desconectar la corriente.

Considere un transformador de distribución local de 3 fases, 240v de fase a N, 415v entre fases. Si una falla viva a tierra conectó a tierra la fase roja, entonces N se convertiría a 240 vatios a tierra, y las fases azul y amarilla se convertirían a 415 vatios a tierra, poniendo más tensión en el aislamiento en todas las demás propiedades tomando su suministro monofásico del mismo transformador .

Respuesta de una palabra: predictibilidad.

A veces, es mejor que una red sea predecible que "a veces" o "generalmente" sea más segura / barata / mejor de alguna otra manera. La previsibilidad hace posible la seguridad / eficiencia / eficacia global , ya que simplifica el uso de la red y el diseño de las cosas conectadas a ella. Resuelve problemas una vez, en lugar de en cada implementación.

Aquí en Australia tenemos lo que se llama un sistema MEN. Múltiple neutro para la Tierra, el IEC describe el sistema MEN como un sistema TN-C-S (Separación combinada neutral neutra) que es una forma elegante de decir; El conductor neutro y de tierra son funcional y físicamente el mismo conductor entre el punto de estrella del transformador de distribución y el punto de suministro, que estará en la propiedad del consumidor.

Es en el punto de suministro donde el conductor combinado se separa en dos conductores físicos, el neutro y la tierra. El terminal de tierra principal se conecta luego a la masa más grande de la tierra a través del conductor de tierra principal y una toma de tierra. Este proceso se repite en cada propiedad y, por lo tanto, forma parte de un sistema al que llamamos sistema PME (Tierra de protección múltiple).

La razón por la que el sistema PME es directo, cuanto más se aleje del transformador, mayor será el potencial del conductor neutro con respecto a la tierra. El sistema PME permite que el aumento de voltaje desaparezca a tierra en cada propiedad y, por lo tanto, mantiene el voltaje neutro constantemente bajo. Al mantener el voltaje neutro lo más cerca posible del potencial de tierra, se puede utilizar un buen voltaje de referencia y un medio para mitigar las diferencias de voltaje que aparecen entre las partes conductoras expuestas del equipo y las partes conductoras extrañas mediante una conexión equipotencial.

Tener un conductor de puesta a tierra permite la desconexión automática de la alimentación en el caso de un cortocircuito a tierra falla por una corriente de falla, una trayectoria de baja impedancia suficiente para operar el dispositivo de protección del circuito.

La corriente de falla siempre quiere encontrar su camino de regreso al origen (el transformador).

Así que para responder a su pregunta; la conexión a tierra es en realidad una parte muy compleja de cualquier sistema de distribución y forma parte integral de los dispositivos de protección al permitirles funcionar como han sido diseñados. ¡El conductor de puesta a tierra no recibe suficiente crédito por lo que hace!

Este polo de energía fuera de mi casa muestra una ventaja de tener el cable neutro conectado a tierra. El cable activo se ubica solo en la ubicación más alta y segura, mientras que el cable neutro está más abajo en el polo.

El punto de conexión a tierra de los dispositivos es que si se realiza un circuito, la corriente fluye rápidamente por un período muy corto de tiempo y luego la protección contra sobrecorriente en el viajes de rama alertando a un espectador que hay un problema. Neutral está ligado al suelo para poder detectar y proteger el peligro potencial de un cortocircuito. Creo que un mejor ejemplo de la importancia es una tostadora que está cortocircuitando la red a su chasis. Si está conectado a tierra, el interruptor automático se dispara cada vez que enchufas la tostadora y lo arreglas u obtienes uno nuevo. Si la tostadora no está conectada a tierra, el potencial de la red está sentado allí, en el chasis de la tostadora, esperando que complete el circuito a tierra (como tocar la tostadora con una mano y hundirse con la otra). La segunda situación te deja en grave peligro. Si el tomacorriente no está protegido con un GFCI, es posible que veas que fluyan varios amperios durante varios ms antes de que se dispare un interruptor magnético tradicional. Esto es más que suficiente para causar un daño grave y / o matar dependiendo del camino. Si el neutro no está conectado a tierra, no hay certeza de que un corto disparará la protección contra sobrecorriente.