Neutro y la tierra están unidos al panel principal o a la subestación, pero ¿por qué solo se usa el cable de tierra por seguridad?

Como otros han mencionado, la razón principal es que la línea de tierra / tierra es una línea de respaldo separada de la línea neutral para proporcionar dos protecciones contra fallas.

Es decir, más de una cosa debe fallar. Para un dispositivo de chasis conectado a tierra, el chasis puede activarse solo si se producen dos (o tres fallas).

Caso de dos fallos: conexión a tierra rota y cable de red en corto al chasis.

Tres fallas: conexión a tierra rota Y cable neutro en cortocircuito al chasis Y Live-Neutral invertido en el tomacorriente.

Sin embargo, en realidad hay un solo caso de falla ... "El pin de tierra está cableado para vivir en la salida ..." pero no hay nada que puedas hacer al respecto ...

Además, en circunstancias normales, la línea de tierra debe tener una corriente de cero que fluya a través de ella. Eso es bastante diferente de la línea neutral que puede tener 10s de amperios funcionando, lo que puede producir caídas de voltaje significativas en varios puntos a lo largo del conductor. La línea de tierra "DEBE" tener un potencial cero en todas partes.

Por cierto, el cableado que muestra para la Casa # 1 no es legal en estas partes. Se requiere una conexión a tierra separada en la residencia, generalmente sujeta a la línea de agua entrante si se trata de una tubería de metal, o a una punta de tierra larga. Neutral puede o no estar vinculado a este suelo en la caja de fusibles. Esto proporciona una mejor protección local en lugar de depender de la compañía eléctrica y de la integridad del servicio que se puede interrumpir (demoler) durante una tormenta.

  

¿Hay un ejemplo "fácil" que muestre el hecho de que conectar el neutro al chasis es una mala idea?

Sí, desafortunadamente es muy fácil y común que exista un cableado defectuoso donde la línea y el neutro se invierten en la salida. A la mayoría de los dispositivos no les importa, pero si conecta su dispositivo con el neutro atado al chasis en un tomacorriente de este tipo ... bueno, puede averiguar el resto.

Además, está el escenario de línea neutral rota que también puede ser bastante letal. Considera el dibujo de abajo.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Supongamos que el dispositivo 4 usa el neutro para conectar a tierra el chasis. Como el neutro no va a ninguna parte, el chasis realmente está flotando.

Sin embargo, lo que sucede cuando enciende el dispositivo 5. La línea neutral que sale del dispositivo 5 se tira hacia la línea activa. El chasis del dispositivo 4s también se pondrá en marcha. El dispositivo 5 podría estar en otra habitación del otro lado de la casa ...

  

Imagina que uno vive en una casa y no hay tierra en la salida. He visto apartamentos de este tipo y nunca entendí cómo se les permite conectar casas de esa manera.

Los estándares varían alrededor del mundo y la edad hace una gran diferencia. La gente parece olvidar que la electricidad residencial es un fenómeno relativamente nuevo. En los primeros días las cosas eran mucho más peligrosas. Solo a través del tiempo hemos desarrollado estándares más comunes y más seguros. Aunque, como sugerí, algunas partes del mundo todavía están bastante retrasadas debido a los costos de reemplazar todo ... Canadá / EE. UU., Donde aún puede colocar un enchufe en una toma mientras toca el pin activo ...

  

He visto esos apartamentos y nunca entendí cómo se les permite conectar casas de esa manera.

No se les permite hacerlo, y no lo han estado durante ~ 50 años (en mi jurisdicción), pero muchas casas tienen más de 50 años.

  

¿Hay un ejemplo "fácil" que muestre el hecho de que conectar el neutro al chasis es una mala idea?

A modo de ejemplo, si el cable neutro que regresa al panel se rompe, obtendría una corriente de retorno que regresa a través del cable de tierra y no se percata de la falla. Luego, cuando ocurre otra falla (cable de tierra roto), terminaría con un chasis caliente.

Un principio fundamental de seguridad es que una sola falla "plausible" no debe, en sí misma, crear una condición inmediatamente peligrosa. Si el caso de un dispositivo se conecta a la tierra del panel a través de una ruta (el conductor de conexión a tierra) y la energía que fluye a través del dispositivo regresa al panel a través de una ruta diferente (el conductor neutral, conectado a tierra), no será posible aparecerá un voltaje peligroso en el caso, a menos que un fallo haga que se conecte algo al caso que no debería estar, y otro fallo hace que el caso no se conecte a tierra.

Si no se dispone de un conductor de conexión a tierra adecuado en un tomacorriente, se puede minimizar el peligro al instalar un dispositivo que en los EE. UU. se llama Interruptor de circuito de falla a tierra (GFCI) y en otros países se llama Detector de corriente residual. Cuando un dispositivo eléctrico funciona normalmente, casi toda la corriente que fluye a través del conductor caliente regresará al panel exclusivamente a través del conductor neutral. En contraste, la mayoría de los escenarios de descarga eléctrica involucran una corriente que fluye a través del cable caliente pero regresa al panel por otro camino. Un GFCI detecta la diferencia entre la cantidad de corriente que fluye en los cables calientes y neutros, y romperá el circuito en aproximadamente 1/50 de segundo si no se equilibran. Si una falla causara que el caso de un dispositivo se conectara erróneamente a "caliente", es posible que no se dispare un GFCI si no fluye corriente, pero si alguien toca el caso mientras está activo, es probable que un GFCI se dispare lo suficientemente rápido para evitar que el shock resultante sea letal. No es una situación maravillosa, sin duda, sino una situación menos peligrosa que la que existiría sin protección.

Escribí el respuesta vinculada . Aquí hay una variación de las ilustraciones en esa respuesta.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Figura 1. El dispositivo tenía un cable neutro conectado al chasis.

He añadido un fallo en el cableado. El cable neutro está roto.

Ahora considera lo que sucede cuando alguien enciende la luz. La parte superior de la bombilla se activa al igual que la parte inferior y el chasis. Este es un riesgo de electrocución.

Incluso cuando el neutral está bien, todavía hay un problema. Con las corrientes normales que fluyen, habrá una caída de voltaje a lo largo del cable neutral, lo que significa que el chasis estará a varios voltios por encima del suelo. Si toca el chasis y un dispositivo con conexión a tierra adecuada o un fregadero / tubería de acero, la corriente fluirá a través del cuerpo. Nuevamente, esto es potencialmente fatal.

Comentarios

  

Pero ahora haga lo mismo con el caso habitual, es decir, con el chasis correctamente conectado a tierra. Ahora, en el caso adecuado, imagine los toques en vivo al chasis; e imagina también ahora el cable de tierra está roto. Ahora tenemos la misma situación en su primer ejemplo. ¿Cuál es la diferencia?

• Se requieren dos fallas para crear el peligro. En mi Figura 1, una situación peligrosa podría ocurrir con una sola falla.

  

Cable neutro roto, tenemos problema. Cable de tierra roto tenemos problema. ¿Por qué preferir la tierra inmóvil a la neutral?

1. Debido a la caída de voltaje en el cable de retorno neutral. Esta es una preocupación suficientemente seria por sí misma. Los problemas causados por esto variarían de no ser perceptibles hasta ser cosquillas o fatales.
2. Deseamos mantener el chasis al potencial de tierra, por lo que utilizamos un cable dedicado que no lleva ninguna corriente excepto en el caso de una falla.
3. Su RCD / GFCI no podría detectar una falla en su escenario. Estos dispositivos ofrecen protección adicional en estos casos.
4. Separación de circuitos de alimentación y protección.

En la industria en Europa, es un requisito probar la puesta a tierra periódicamente en ciertos equipos. Por ejemplo, las unidades PAT (prueba eléctrica portátil) probarán la continuidad de la tierra y el aislamiento. Estas pruebas periódicas están diseñadas para detectar la falla a tierra faltante / rota antes de que una segunda falla pueda causar un problema.