Tierra y neutro

En ingeniería eléctrica , la tierra y el neutro son conductores de circuito utilizados en sistemas eléctricos de corriente alterna (CA). El conductor neutro transporta corriente alterna (junto con uno o más conductores de fase ) durante el funcionamiento normal del circuito. Por el contrario, el conductor de tierra no está diseñado para transportar corriente durante el funcionamiento normal, sino que está presente por seguridad: conecta las partes conductoras expuestas (como las carcasas de los equipos o los conductos que contienen el cableado) a tierra y transporta una corriente significativa solo en caso de una falla en el circuito que, de otro modo, energizaría las partes conductoras expuestas y presentaría un riesgo de descarga eléctrica. En tal caso, la intención es que la corriente de falla sea lo suficientemente grande como para activar un dispositivo de protección del circuito que desenergizará el circuito (mediante un fusible o un disyuntor) o proporcionará una advertencia. Para limitar los efectos de la corriente de fuga de los sistemas de mayor voltaje, el conductor neutro suele conectarse a tierra en el punto de suministro.

La aparición involuntaria de una tensión significativa en las partes conductoras expuestas de una instalación eléctrica puede ser peligrosa, por lo que la instalación de los conductores de tierra y neutro está rigurosamente regulada en las normas de seguridad eléctrica . Bajo ciertas condiciones estrictas, se puede utilizar un mismo conductor para cumplir simultáneamente las funciones de tierra y neutro.

Toma de tierra

Un conductor de tierra o CPC (conductor de protección de circuito) en un sistema de alimentación de CA es un conductor que proporciona una ruta de baja impedancia a la Tierra para evitar que aparezcan sobretensiones peligrosas en los equipos (picos de alta tensión). En esta sección, los términos "tierra " y "conductor de puesta a tierra" se utilizan indistintamente; "tierra " es más común en inglés norteamericano, mientras que " conductor de puesta a tierra" o el término más técnico CPC es más común en inglés británico. En condiciones normales, un conductor de tierra no transporta corriente. Los conductores de tierra son esenciales para el corte automático de la alimentación en caso de fallas a tierra.

La norma IEC 60364 de la Comisión Electrotécnica Internacional codifica los métodos de instalación de los conductores neutro y de tierra en un edificio. Estas configuraciones de sistemas de puesta a tierra se designan con símbolos de letras.

En la práctica norteamericana y europea, los equipos portátiles alimentados por la red eléctrica, diseñados adecuadamente, pueden tener solo dos conductores en su enchufe ( fase y neutro), prescindiendo de la conexión a tierra disponible. Estos aparatos se conocen en el Reino Unido como de Clase II o de doble aislamiento .

Conductores neutros

Un conductor neutro , junto con uno o más conductores de fase , normalmente completa un circuito entre la fuente y la carga . Sin embargo, en un sistema de corriente alterna polifásico (generalmente trifásico ) , el conductor neutro puede transportar muy poca corriente si las fases están equilibradas y, en algunos casos, por lo tanto, puede no ser necesario.

Los conductores neutros suelen estar conectados a tierra en la entrada del servicio eléctrico o en los transformadores del sistema. Una excepción a esto se encuentra en la configuración de puesta a tierra de los transformadores de servicio . Para instalaciones eléctricas con servicio monofásico (de tres hilos), el punto neutro del sistema se encuentra en la toma central del lado secundario del transformador de servicio. Para instalaciones eléctricas de mayor tamaño, como las de servicio polifásico , el punto neutro suele estar en la conexión común del lado secundario de los transformadores conectados en triángulo o estrella . Otras configuraciones de transformadores polifásicos pueden resultar en la ausencia de un punto neutro y de conductores neutros.

Combinando neutro con tierra

Las tensiones parásitas generadas en los conductores de puesta a tierra por las corrientes que circulan por los conductores neutros de la red eléctrica pueden ser problemáticas. Por ejemplo, pueden ser necesarias medidas especiales en los establos utilizados para el ordeño de vacas lecheras. Tensiones muy pequeñas, generalmente imperceptibles para el ser humano, pueden provocar una baja producción de leche o incluso mastitis (inflamación de la ubre). ^{[ 1 ]} En el sistema de distribución eléctrica de una sala de ordeño, pueden ser necesarios los denominados «filtros de tensión de contacto».

Conectar el neutro a la carcasa del equipo (si lo permiten las normativas pertinentes) proporciona cierta protección contra fallos, pero puede generar una tensión peligrosa en la carcasa si se interrumpe la conexión del neutro.

Los conductores combinados de neutro y tierra se utilizan habitualmente en el cableado de las compañías eléctricas y, ocasionalmente, en el cableado fijo de edificios y en algunas aplicaciones especializadas donde hay pocas alternativas, como ferrocarriles y tranvías . Dado que las corrientes normales del circuito en el conductor neutro pueden generar diferencias indeseables o peligrosas entre el potencial de tierra local y el neutro, y para proteger contra roturas del neutro, se deben considerar precauciones especiales como la puesta a tierra frecuente (conexiones de varillas de tierra múltiples), el uso de cables donde el neutro y la tierra combinados rodean completamente al conductor o conductores de fase, y una conexión equipotencial más gruesa de lo normal para garantizar la seguridad del sistema.

Aparatos fijos en circuitos de tres hilos

En Estados Unidos, durante la Segunda Guerra Mundial , las carcasas de algunas estufas (cocinas, hornos), placas de cocción , secadoras de ropa y otros electrodomésticos específicos se conectaban a tierra a través de sus cables neutros como medida para ahorrar cobre de los cables de cobre . Esta práctica se eliminó del Código Eléctrico Nacional (NEC) en la edición de 1996, pero es posible que en instalaciones existentes (conocidas como "instalaciones antiguas") aún se mantenga. Canadá no adoptó este sistema.

Se consideró seguro utilizar el conductor neutro para conectar a tierra la carcasa del equipo, ya que los dispositivos estaban cableados permanentemente a la fuente de alimentación, por lo que era improbable que se rompiera el neutro sin romper también ambos conductores de alimentación.

Neutral compartido

Un neutro compartido es una conexión en la que varios circuitos utilizan el mismo neutro. También se conoce como neutro común , y a los circuitos y al neutro en conjunto se les suele llamar circuito Edison .

Circuitos trifásicos

En un circuito trifásico, el neutro es compartido por las tres fases. Generalmente, el neutro del sistema se conecta al punto neutro del transformador de alimentación. Por esta razón, el lado secundario de la mayoría de los transformadores de distribución trifásicos tiene bobinado en estrella o en configuración estrella.

Un sistema podría diseñarse sin conexión a tierra. En este caso, una falla entre una fase y tierra no generaría una corriente significativa. Generalmente, el neutro se conecta a tierra mediante una unión entre la barra de neutro y la barra de tierra. En sistemas de mayor tamaño, es común monitorear cualquier corriente que circule por la conexión neutro-tierra y utilizarla como base para la protección contra fallas en el neutro.

En un circuito lineal trifásico con tres cargas resistivas o reactivas idénticas, el neutro no transporta corriente. El neutro transporta corriente si las cargas en cada fase no son idénticas. En algunas jurisdicciones, se permite reducir el calibre del neutro si no se prevé un flujo de corriente desequilibrado. Si el neutro es de menor calibre que los conductores de fase, puede sobrecargarse si se produce una carga desequilibrada importante.

La corriente consumida por cargas no lineales, como la iluminación fluorescente y de descarga de alta intensidad (HID) y los equipos electrónicos con fuentes de alimentación conmutadas, suele contener armónicos . Las corrientes armónicas triples (múltiplos impares del tercer armónico) son aditivas, lo que resulta en una mayor corriente en el conductor neutro compartido que en cualquiera de los conductores de fase. En el peor de los casos, la corriente en el conductor neutro compartido puede ser el triple que la de cada conductor de fase. Algunas jurisdicciones prohíben el uso de conductores neutros compartidos al alimentar cargas monofásicas desde una fuente trifásica; otras exigen que el conductor neutro sea sustancialmente mayor que los conductores de fase. Es recomendable utilizar interruptores automáticos de cuatro polos (en lugar de los de tres polos estándar), donde el cuarto polo corresponde a la fase neutra y, por lo tanto, está protegido contra sobrecorrientes en el conductor neutro.

Problemas de conexión a tierra

Los problemas y preocupaciones comunes relacionados con la puesta a tierra pueden incluir los siguientes:

Una conexión a tierra inexistente o de capacidad insuficiente puede no proporcionar las funciones de protección previstas durante una falla en el equipo conectado.
Las conexiones adicionales entre tierra y el neutro del circuito pueden provocar la circulación de corriente en la trayectoria de tierra, la introducción de corriente parásita en la tierra o en una estructura y tensión parásita .
Una conexión a tierra en un conductor neutro en el lado de carga de un interruptor diferencial puede anular su protección.
Los circuitos de señalización que dependen de una conexión a tierra no funcionarán o tendrán un funcionamiento errático si falta dicha conexión.

Véase también

Referencias

↑ Thomas J. Divers, Simon Francis Peek (eds.), Enfermedades de Rebhun en el ganado lechero , Elsevier Health Sciences, 2008, ISBN 1-4160-3137-5págs. 389–390.

Lecturas adicionales

Rick Gilmour et al. , editor, Código Eléctrico Canadiense, Parte I, Decimonovena Edición, C22.1-02 Norma de seguridad para instalaciones eléctricas , Asociación Canadiense de Normas, Toronto, Ontario, Canadá (2002), ISBN 1-55324-690-X.
NFPA 70, Código Eléctrico Nacional 2002 , Asociación Nacional de Protección contra Incendios, Inc., Quincy, Massachusetts, EE. UU., (2002). Sin ISBN.
Reglamento de cableado del IEE Reglamento para instalaciones eléctricas Decimoquinta edición 1981 , The Institution of Electrical Engineers, (1981) Hitchin, Herts. Reino Unido.
Capítulo sobre seguridad eléctrica del libro y la serie Lecciones sobre circuitos eléctricos, vol. 1, CC .
LOS CIRCUITOS DE EDISON REPRESENTAN UN PELIGRO PARA LA SEGURIDAD .
La guía completa para el cableado doméstico (enlace roto, pero hay varias fuentes disponibles mediante una búsqueda en Google).
Cableado avanzado para el hogar .

[1] Thomas J. Divers, Simon Francis Peek (eds.), Enfermedades de Rebhun en el ganado lechero , Elsevier Health Sciences, 2008, ISBN 1-4160-3137-5págs. 389–390.

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