¿Por qué no aislamos siempre la red eléctrica?

Question

Algo me llamó la atención: para proteger a las personas, el neutro del suministro está conectado en el lado del proveedor a la tierra, de modo que se detectan las fugas a través de la tierra cuando, por ejemplo, alguien toca la fase (los dispositivos de corriente residual hacen eso). Sin embargo, esto no protege a las personas que tocan el neutro y la fase al mismo tiempo.

Pero espera un momento, si el neutro no estuviera conectado a tierra (que es básicamente el caso cuando aislamos la alimentación de la red), no habría ningún camino a través de la tierra, por lo que no habría ninguna posibilidad de fuga. Entonces, ¿por qué el suministro está hecho así, qué es lo que me falta?

Figura ilustrativa: la línea discontinua separa el lado del proveedor y el del usuario.

Answer 1

La gran mayoría de las personas sólo entran en contacto con la electricidad a través de un aparato, herramienta u otro dispositivo. Si conectas el neutro a la tierra y pones a tierra todos los aparatos, es probable que se dispare un disyuntor si la resistencia de la tierra es lo suficientemente baja. Si aísla el neutro, no lo sabrá a menos que toque el neutro o que el neutro haga contacto con la tierra accidentalmente, en cuyo caso recibirá la descarga, no el disyuntor. La primera opción sigue siendo la más segura.

Esta es también la razón por la que en muchos países la resistencia a tierra debe estar por debajo de un determinado valor antes de obtener la certificación.

La única excepción son los aparatos y herramientas con doble aislamiento, que están construidos de tal manera que el recinto nunca puede llegar a tener tensión. Estos aparatos no deben conectarse a tierra de ninguna manera, ya que ello aumentaría el riesgo de descarga si el cable de tierra se pusiera en tensión a través de otro equipo que tuviera una fuga accidental.

Answer 2

Al no conectar la red de tierra al neutro, estás permitiendo que la tensión de línea de la pared "flote". Es decir, aunque la línea caliente y el neutro siempre serán de 120 VCA entre sí, no hay nada que les impida elevarse por encima del potencial de tierra. La figura de la derecha recibirá una desagradable descarga si la línea está flotando muy por encima de la tierra, lo cual es ciertamente posible (¡me ha pasado! aunque el mecanismo es diferente, ver mi pregunta aquí: Conectar el transformador de toma central a tierra; o, ¿por qué me estoy electrocutando? ).

edición: ¡la figura está tocando el cable de corriente! No lo había visto. Se va a electrocutar incluso si conectas el neutro a la tierra. Pero si no conectas el neutro a tierra, al tocarlo te puedes electrocutar. Además, la mayoría de las cosas que enchufas en la pared están "conectadas a tierra" a través de la clavija del neutro. Si está flotando, puedes electrocutarte con sólo tocar la tostadora.

Answer 3

El sistema eléctrico que utilizamos se diseñó hace cerca de 100 años y se modernizó muy poco. La puesta a tierra y la conexión a la red eléctrica eran necesarias para fundir los fusibles en caso de cortocircuito con una caja, o con la tierra. La conexión a tierra era una opción razonable entonces, y es inaceptable hoy en día.

El cambio para hacerlo más seguro no se va a producir, porque la idea errónea de que la conexión a tierra es buena es esencial. Está demasiado arraigada. A los electricistas les horroriza cualquier cambio, y durante años se les ha enseñado que la conexión a tierra salva vidas.

La toma de tierra y la conexión a la red son, de hecho, la principal causa de electrocución.

Pero no todos los circuitos están conectados a tierra. El triángulo trifásico industrial en Norteamérica no está conectado a tierra, y es potencialmente más seguro.

Lo que deberíamos haber tenido ya es:

Circuito aislado por un transformador, conectado a tierra a través de una alta resistencia y vigilado para detectar cualquier fuga. Este sistema ya existe, pero la intención principal no es proteger a las personas, sino eliminar el arco de fase a tierra.

Por ejemplo, actualmente la superficie de una estufa eléctrica está conectada a un conductor de enlace, que está conectado en el panel a un neutro, que va a un transformador. La superficie de la estufa está conectada a una pata de un transformador. El neutro está conectado a tierra en el transformador y en un edificio, pero esas tierras no son muy buenas. Lo normal es que sean de 5 a 10 ohmios. La conexión sólida es al transformador.

Por eso, tocar la estufa y la fase puede ser letal.

Así es como se hace ahora en Estados Unidos y Canadá He aquí una solución mejor. Se utilizaría un disyuntor de fallo a tierra. Una persona que toque una toma de tierra y un cable con corriente tendría una corriente limitada a través de ellos, y el disyuntor desconectaría la energía. Este sistema no protege de las descargas de línea a línea. La detección por resistencia funciona según el principio de una caída de tensión, la resistencia también limita la corriente de fallo a un nivel seguro. El fallo de tierra funciona según el principio del magnetismo y compara la corriente en los cables entrantes. Si una de las corrientes es mayor, se se desconecta.

Answer 4

Tienes razón en que el aislamiento evitaría una descarga al tocar directamente un cable con corriente, pero trae consigo otros problemas. Esto es algo que también se utiliza en aplicaciones en las que se necesita una seguridad adicional contra fallos en caso de cortocircuitos a tierra (sin necesidad de desconectar inmediatamente en caso de un solo fallo), pero con cuidado de que los problemas que se presentan a continuación se manejen correctamente. Los casos en los que se hace esto son, por ejemplo

• en las UCI de los hospitales, donde la mayoría de los aparatos están completamente aislados de todos modos.
• en la industria química, donde un corte de energía puede ser incluso peligroso (por ejemplo, reacciones exotérmicas)
• zonas que necesitan una protección especial contra las explosiones (por ejemplo, la minería del carbón)
• en los barcos
• a veces por los cuerpos de bomberos cuando se utilizan generadores portátiles

Tampoco se hace de forma tan sencilla como lo has dibujado, por ejemplo, las carcasas metálicas siguen conectadas a tierra, y el lado secundario del transformador tiene una conexión a tierra, pero sólo en el rango de unos pocos kΩ.

Estas redes de suministro suelen tener una superficie limitada, ya que encontrar un fallo es relativamente difícil. En la mayoría de los casos, también se supervisa permanentemente el aislamiento (con un dispositivo de supervisión del aislamiento) para detectar fallos aislados antes de que causen problemas.

Tal y como has dibujado el sistema podrías tener múltiples problemas (no es una lista exhaustiva):

• No se pueden utilizar los RCD para evitar que se toquen, por ejemplo, los casos de dispositivos en los que el cable vivo está en cortocircuito con la caja. Lo cual no sería un problema en sí mismo, pero se convierte en uno si se toca cualquier cosa que esté conectada a tierra (tuberías de agua, calefacción, estar en el jardín, tal vez incluso la sala de estar - dependiendo de su aislamiento a tierra en ese caso) o, por ejemplo, otro dispositivo donde el neutro está conectado a la caja (ya sea por diseño o también por accidente).
• Tienes que controlar que tu red no esté conectada a tierra en ningún punto (ya sea por diseño (hecho para otro país) o por accidente).
• Tendrías problemas con los blindajes de, por ejemplo, los cables de red. Tienes que conectarlos a algún sitio, pero ya no puedes conectarlos a tierra. ¿Tal vez conectarlos al neutro? Entonces obtendrás una corriente de compensación sobre el apantallamiento, debido al diferente nivel de neutro de cada dispositivo (por la corriente de retorno y la resistencia óhmica del cable neutro)

Tu punto de vista también ignora el acoplamiento capacitivo entre las líneas eléctricas.

Answer 5

Todo objeto que pueda llevar una carga está en algunos potencial referido a la tierra. Las cimas de los truenos, por ejemplo, pueden alcanzar un potencial superficial de más de mil millones de voltios. Elegir cero voltios como potencial medio es realmente la opción más segura; cualquier otro voltaje sería más alto y, por tanto, el potencial de una descarga eléctrica sería peor.

Como curiosidad, hoy en día la energía eléctrica trifásica se lleva a las casas preferentemente en un cable de cinco conductores: Las tensiones de línea L1, L2, L3; el neutro y la tierra. Pero antiguamente, en el campo, cuando el cobre era escaso, sólo había cuatro: L1, L2, L3 y un Neutro de diámetro mucho menor, para ahorrar material. Y el neutro se habría conectado literalmente a la tierra, utilizando un clavo de cobre de al menos un metro de longitud, clavado en el suelo al lado de la casa. Que yo sepa, esto no se hace hoy en día. Pero da algún sentido al término "tierra" en los cableados eléctricos y arroja algo de luz a la practicidad de utilizar la tierra.

Cuando el neutro está fuertemente conectado a tierra, hay otro plus de seguridad: cuando los cables eléctricos hacer rotura, por la acción de una excavadora o la caída de un árbol, la tierra da una vía de conducción a la corriente, que puede ser detectada y los relés de avería de la central eléctrica pueden desconectar la energía del cable. Del mismo modo, si se estropea un aparato eléctrico, es muy probable que salte un fusible en la caja de fusibles si el blindaje del aparato está conectado a tierra.