Tierra (electricidad)

Un electrodo de puesta a tierra típico (a la izquierda de la tubería gris) , que consiste en una varilla conductora clavada en el suelo, en una casa en Australia . ^[1] La mayoría de los códigos eléctricos especifican que el aislamiento de los conductores de puesta a tierra de protección debe ser de un color distintivo (o combinación de colores) que no se utilice para ningún otro propósito.

En ingeniería eléctrica , tierra o tierra es un punto de referencia en un circuito eléctrico desde el cual se miden los voltajes , una ruta de retorno común para la corriente eléctrica o una conexión física directa a la tierra .

Los circuitos eléctricos pueden estar conectados a tierra por varias razones. Las partes conductoras expuestas del equipo eléctrico están conectadas a tierra para proteger a los usuarios del peligro de descarga eléctrica . Si el aislamiento interno falla, pueden aparecer voltajes peligrosos en las partes conductoras expuestas. Al conectar las partes expuestas a tierra, habrá poca o ninguna tensión presente. La conexión a tierra permitirá que la protección contra sobrecorriente en el circuito interrumpa el suministro de energía. En los sistemas de distribución de energía eléctrica, un conductor de tierra de protección (PE) es una parte esencial de la seguridad proporcionada por el sistema de puesta a tierra .

La conexión a tierra también limita la acumulación de electricidad estática al manipular productos inflamables o dispositivos sensibles a la electricidad estática . En algunos circuitos de transmisión de energía y telégrafo , la tierra en sí se puede utilizar como un conductor del circuito, lo que ahorra el costo de instalar un conductor de retorno separado (consulte el telégrafo de retorno a tierra y retorno a tierra de un solo cable ).

Para propósitos de medición, la Tierra sirve como una referencia de potencial (razonablemente) constante contra la cual se pueden medir otros potenciales. Un sistema eléctrico de tierra debe tener una capacidad de transporte de corriente adecuada para servir como un nivel de referencia de voltaje cero adecuado. En la teoría de circuitos electrónicos , una "tierra" generalmente se idealiza como una fuente infinita o sumidero de carga, que puede absorber una cantidad ilimitada de corriente sin cambiar su potencial. Cuando una conexión a tierra real tiene una resistencia significativa, la aproximación de potencial cero ya no es válida. Se producirán voltajes parásitos o efectos de aumento de potencial de tierra , que pueden crear ruido en las señales o producir un riesgo de descarga eléctrica si son lo suficientemente grandes.

El uso del término tierra (o tierra) es tan común en aplicaciones eléctricas y electrónicas que se puede decir que los circuitos en dispositivos electrónicos portátiles como teléfonos celulares y reproductores multimedia , así como los circuitos en vehículos , tienen una "tierra" o una tierra del chasis. conexión sin ninguna conexión real a la Tierra, a pesar de que "común" es un término más apropiado para tal conexión. Este suele ser un conductor grande conectado a un lado de la fuente de alimentación (como el " plano de tierra " en una placa de circuito impreso ) que sirve como la ruta de retorno común para la corriente de muchos componentes diferentes en el circuito.

Historia

Los sistemas de telégrafo electromagnético de larga distancia a partir de 1820 ^[2] utilizaron dos o más cables para transportar la señal y las corrientes de retorno. El científico alemán Carl August Steinheil descubrió en 1836-1837 que la tierra podía usarse como ruta de retorno para completar el circuito, haciendo innecesario el cable de retorno. ^[3] Steinheil no fue el primero en hacer esto, pero no estaba al tanto de trabajos experimentales anteriores, y fue el primero en hacerlo en un telégrafo en servicio, dando así a conocer el principio a los ingenieros telegráficos en general. Sin embargo, hubo problemas con este sistema, ejemplificados por la línea telegráfica transcontinental construida en 1861 por la Western Union Company entre St. Joseph, Missouri ySacramento, California . Durante el tiempo seco, la conexión a tierra a menudo desarrollaba una alta resistencia, lo que requería que se vierte agua sobre la varilla de tierra para permitir que el telégrafo funcione o que suenen los teléfonos.

A fines del siglo XIX, cuando la telefonía comenzó a reemplazar a la telegrafía, se descubrió que las corrientes terrestres inducidas por sistemas de energía, ferrocarriles eléctricos, otros circuitos telefónicos y telegráficos y fuentes naturales, incluidos los rayos, causaban interferencias inaceptables en las señales de audio, y el sistema de dos cables o "circuito metálico" se reintrodujo alrededor de 1883. ^[4]

Instalaciones de cableado de edificios

Los sistemas de distribución de energía eléctrica a menudo están conectados a tierra para limitar el voltaje que puede aparecer en los circuitos de distribución. Un sistema de distribución aislado de tierra física puede alcanzar un alto potencial debido a voltajes transitorios causados por electricidad estática o contacto accidental con circuitos de mayor potencial. Una conexión a tierra del sistema disipa dichos potenciales y limita el aumento de voltaje del sistema conectado a tierra.

En una instalación de cableado de red eléctrica (alimentación de CA), el término conductor de tierra generalmente se refiere a dos conductores o sistemas de conductores diferentes que se enumeran a continuación:

Los conductores de conexión del equipo o los conductores de tierra del equipo (EGC) proporcionan una ruta de baja impedancia entre las partes metálicas del equipo que normalmente no llevan corriente y uno de los conductores de la fuente de ese sistema eléctrico. Si alguna parte metálica expuesta se energiza (falla), como por un aislante deshilachado o dañado, se crea un cortocircuito, lo que hace que el dispositivo de sobrecorriente (disyuntor o fusible) se abra, despejando (desconectando) la falla. Es importante tener en cuenta que esta acción ocurre independientemente de si hay una conexión a la tierra física (tierra); la tierra misma no tiene ningún papel en este proceso de eliminación de fallas ^[5] ya que la corriente debe regresar a su fuente; sin embargo, las fuentes están conectadas con mucha frecuencia a la tierra física (tierra). ^[6](ver las leyes de circuito de Kirchhoff ). Al unir (interconectar) todos los objetos metálicos expuestos que no transportan corriente y con otros objetos metálicos como tuberías o acero estructural, deben permanecer cerca del mismo potencial de voltaje, reduciendo así la posibilidad de una descarga. Esto es especialmente importante en los baños donde uno puede estar en contacto con varios sistemas metálicos diferentes, como tuberías de suministro y desagüe y marcos de electrodomésticos. Cuando es necesario conectar un sistema a la tierra física (tierra), el conductor de conexión del equipo también se convierte en el conductor del electrodo de conexión a tierra (ver arriba).

Tubería de agua de metal utilizada como electrodo de puesta a tierra

A El conductor de electrodo de puesta a tierra (GEC) se utiliza para conectar el conductor de puesta a tierra ("neutro") del sistema, o el equipo a un electrodo de puesta a tierra, o un punto en el sistema de electrodo de puesta a tierra. Esto se denomina "conexión a tierra del sistema" y la mayoría de los sistemas eléctricos deben estar conectados a tierra. El NEC de EE. UU. Y elBS 7671del Reino Unidoenumeran los sistemas que deben estar conectados a tierra.^[7] Según el NEC, el propósito de conectar un sistema eléctrico a la tierra física (tierra) es limitar el voltaje impuesto por los eventos de rayos y el contacto con líneas de voltaje más alto. En el pasado,suministro de aguaLos tubos se utilizaron como electrodos de conexión a tierra, pero debido al mayor uso de tubos de plástico, que son malos conductores, se requiere el uso de un electrodo de conexión a tierra real. Este tipo de suelo se aplica a las antenas de radio y a los sistemas de protección contra rayos.

El equipo eléctrico instalado permanentemente, a menos que no sea necesario, tiene conductores de puesta a tierra conectados permanentemente. Los dispositivos eléctricos portátiles con carcasas metálicas pueden tenerlos conectados a tierra mediante una clavija en el enchufe de conexión (consulte Enchufes y enchufes de alimentación de CA domésticos ). El tamaño de los conductores de conexión a tierra de energía generalmente está regulado por las regulaciones de cableado locales o nacionales.

Vinculación

Estrictamente hablando, los términos puesta a tierra o puesta a tierra están destinados a hacer referencia a una conexión eléctrica a tierra / tierra. La vinculación es la práctica de conectar eléctricamente de forma intencionada elementos metálicos que no están diseñados para transportar electricidad. Esto hace que todos los elementos adheridos tengan el mismo potencial eléctrico que una protección contra descargas eléctricas. Los elementos enlazados se pueden conectar a tierra para eliminar voltajes extraños. ^[8]

Sistemas de puesta a tierra

En los sistemas de suministro de electricidad, un sistema de puesta a tierra define el potencial eléctrico de los conductores en relación con el de la superficie conductora de la Tierra. La elección del sistema de puesta a tierra tiene implicaciones para la seguridad y la compatibilidad electromagnética de la fuente de alimentación. Las regulaciones para los sistemas de puesta a tierra varían considerablemente entre diferentes países.

Una conexión a tierra funcional sirve más que proteger contra descargas eléctricas, ya que dicha conexión puede transportar corriente durante el funcionamiento normal de un dispositivo. Dichos dispositivos incluyen supresión de sobretensiones, filtros de compatibilidad electromagnética, algunos tipos de antenas y varios instrumentos de medición. Generalmente, el sistema de tierra de protección también se utiliza como tierra funcional, aunque esto requiere cuidado.

Puesta a tierra de impedancia

Los sistemas de distribución de energía pueden estar sólidamente conectados a tierra, con un conductor de circuito conectado directamente a un sistema de electrodos de conexión a tierra. Alternativamente, se puede conectar cierta cantidad de impedancia eléctrica entre el sistema de distribución y tierra, para limitar la corriente que puede fluir a tierra. La impedancia puede ser una resistencia o un inductor (bobina). En un sistema conectado a tierra de alta impedancia, la corriente de falla se limita a unos pocos amperios (los valores exactos dependen de la clase de voltaje del sistema); un sistema conectado a tierra de baja impedancia permitirá que fluyan varios cientos de amperios en una falla. Un gran sistema de distribución sólidamente conectado a tierra puede tener miles de amperios de corriente de falla a tierra.

En un sistema de CA polifásico, se puede utilizar un sistema de puesta a tierra neutral artificial. Aunque ningún conductor de fase está conectado directamente a tierra, un transformador especialmente construido (un transformador en "zig zag" ) bloquea la corriente de frecuencia de potencia para que no fluya a tierra, pero permite que cualquier fuga o corriente transitoria fluya a tierra.

Los sistemas de conexión a tierra de baja resistencia utilizan una resistencia de conexión a tierra neutra (NGR) para limitar la corriente de falla a 25 A o más. Los sistemas de puesta a tierra de baja resistencia tendrán una clasificación de tiempo (digamos, 10 segundos) que indica cuánto tiempo la resistencia puede transportar la corriente de falla antes de sobrecalentarse. Un relé de protección de falla a tierra debe disparar el disyuntor para proteger el circuito antes de que ocurra el sobrecalentamiento de la resistencia.

Los sistemas de puesta a tierra de alta resistencia (HRG) utilizan un NGR para limitar la corriente de falla a 25 A o menos. Tienen una clasificación continua y están diseñados para funcionar con una sola falla a tierra. Esto significa que el sistema no se disparará inmediatamente en la primera falla a tierra. Si ocurre una segunda falla a tierra, un relé de protección de falla a tierra debe disparar el disyuntor para proteger el circuito. En un sistema HRG, se usa una resistencia de detección para monitorear continuamente la continuidad del sistema. Si se detecta un circuito abierto (por ejemplo, debido a una soldadura rota en el NGR), el dispositivo de monitoreo detectará voltaje a través de la resistencia sensora y disparará el disyuntor. Sin una resistencia de detección, el sistema podría continuar funcionando sin protección a tierra (ya que una condición de circuito abierto enmascararía la falla a tierra) y podrían ocurrir sobretensiones transitorias. ^[9]

Sistemas sin conexión a tierra

Donde el peligro de descarga eléctrica es alto, se pueden usar sistemas de energía especiales sin conexión a tierra para minimizar la posible fuga de corriente a tierra. Ejemplos de tales instalaciones incluyen áreas de atención al paciente en hospitales, donde el equipo médico está conectado directamente a un paciente y no debe permitir que ninguna corriente de línea eléctrica pase al cuerpo del paciente. Los sistemas médicos incluyen dispositivos de monitoreo para advertir de cualquier aumento de la corriente de fuga. En sitios de construcción húmedos o en astilleros, se pueden proporcionar transformadores de aislamiento para que una falla en una herramienta eléctrica o su cable no exponga a los usuarios al riesgo de descarga eléctrica.

Los circuitos utilizados para alimentar equipos sensibles de producción de audio / video o instrumentos de medición pueden alimentarse desde un sistema de energía técnico aislado sin conexión a tierra para limitar la inyección de ruido del sistema de energía.

Transmisión de potencia

En los sistemas de distribución eléctrica de CA de retorno a tierra de un solo cable (SWER), los costos se ahorran utilizando un solo conductor de alto voltaje para la red eléctrica , mientras se enruta la corriente de retorno de CA a través de la tierra. Este sistema se usa principalmente en áreas rurales donde las grandes corrientes de tierra no causarán peligros de otra manera.

Algunos sistemas de transmisión de energía de corriente continua de alto voltaje (HVDC) utilizan la tierra como segundo conductor. Esto es especialmente común en esquemas con cables submarinos, ya que el agua de mar es un buen conductor. Se utilizan electrodos de tierra enterrados para realizar la conexión a tierra. El lugar de estos electrodos debe elegirse con cuidado para evitar la corrosión electroquímica en estructuras subterráneas.

Una preocupación particular en el diseño de subestaciones eléctricas es el aumento del potencial de tierra.. Cuando se inyectan corrientes de falla muy grandes en la tierra, el área alrededor del punto de inyección puede elevarse a un alto potencial con respecto a los puntos distantes de él. Esto se debe a la conductividad finita limitada de las capas de suelo en la tierra de la subestación. El gradiente de voltaje (el cambio de voltaje a lo largo de la distancia hasta el punto de inyección) puede ser tan alto que dos puntos en el suelo pueden tener potenciales significativamente diferentes. Este gradiente crea un peligro para cualquier persona que se encuentre en tierra en un área de la subestación eléctrica que no esté suficientemente aislada de la tierra. Las tuberías, rieles o cables de comunicación que ingresan a una subestación pueden ver diferentes potenciales de tierra dentro y fuera de la subestación, creando un voltaje de contacto peligroso.para personas desprevenidas que puedan tocar esas tuberías, rieles o cables. Este problema se alivia creando un plano de conexión equipotencial de baja impedancia instalado de acuerdo con IEEE 80, dentro de la subestación. Este plano elimina los gradientes de voltaje y asegura que cualquier falla se elimine dentro de los tres ciclos de voltaje. ^[10]

Electrónica


Tierra de señal		Tierra del chasis		Tierra tierra

Símbolos de tierra ^[11]

Las conexiones a tierra de las señales sirven como rutas de retorno para las señales y la energía (a voltajes muy bajos , menos de aproximadamente 50 V) dentro del equipo y en las interconexiones de señales entre equipos. Muchos diseños electrónicos cuentan con un solo retorno que actúa como referencia para todas las señales. Las conexiones a tierra de energía y señal a menudo se conectan, generalmente a través de la carcasa metálica del equipo. Los diseñadores de placas de circuito impreso deben tener cuidado en el diseño de los sistemas electrónicos para que las corrientes de alta potencia o de conmutación rápida en una parte de un sistema no inyecten ruido en las partes sensibles de bajo nivel de un sistema debido a alguna impedancia común en la conexión a tierra. huellas del trazado.

Tierra del circuito versus tierra

El voltaje se define como la diferencia de potenciales eléctricos entre puntos en un campo eléctrico. Se usa un voltímetro para medir la diferencia de potencial entre algún punto y un punto de referencia. Este punto de referencia común se denomina "tierra" y se considera que tiene potencial cero. Las señales se definen con respecto a la tierra de la señal , que puede conectarse a una tierra de potencia . Un sistema en el que la tierra del sistema no está conectada a otro circuito oa tierra (en el que todavía puede haber un acoplamiento de CA entre esos circuitos) a menudo se denomina tierra flotante o doble aislamiento .

Motivos funcionales

Algunos dispositivos requieren una conexión a la masa de tierra para funcionar correctamente, a diferencia de cualquier función puramente protectora. Dicha conexión se conoce como tierra funcional; por ejemplo, algunas estructuras de antena de longitud de onda larga requieren una conexión a tierra funcional, que generalmente no debe conectarse indiscriminadamente a la tierra de protección de suministro, ya que la introducción de radiofrecuencias transmitidas en la red de distribución eléctrica es a la vez ilegal y potencialmente peligroso. Debido a esta separación, normalmente no se debe confiar en un suelo puramente funcional para realizar una función protectora. Para evitar accidentes, estas conexiones a tierra funcionales normalmente se conectan con cable blanco o crema, y no verde o verde / amarillo.

Separación de la tierra de baja señal de una tierra ruidosa

En estaciones de televisión , estudios de grabación y otras instalaciones donde la calidad de la señal es crítica, a menudo se instala una tierra de señal especial conocida como "tierra técnica" (o "tierra técnica", "tierra especial" y "tierra de audio"), para evitar bucles de tierra . Esto es básicamente lo mismo que una toma de tierra de CA, pero no se permite ninguna conexión a los cables de tierra de los aparatos generales, ya que pueden llevar interferencias eléctricas. Por ejemplo, solo el equipo de audio está conectado a la tierra técnica en un estudio de grabación. ^[12] En la mayoría de los casos, los racks de equipo de metal del estudio están unidos con cables de cobre pesados (o tubos de cobre aplanados o barras colectoras) y conexiones similares se realizan a la tierra técnica. Se tiene mucho cuidado de que no se coloquen aparatos de chasis general con conexión a tierra en los racks, ya que una sola conexión a tierra de CA a la tierra técnica destruirá su eficacia. Para aplicaciones particularmente exigentes, el suelo técnico principal puede consistir en un tubo de cobre pesado, si es necesario montado mediante perforación a través de varios pisos de hormigón, de modo que todos los terrenos técnicos puedan estar conectados por el camino más corto posible a una varilla de puesta a tierra en el sótano.

Antenas de radio

Ciertos tipos de antenas de radio (o sus líneas de alimentación ) requieren una conexión a tierra. Dado que las frecuencias de radio de la corriente en las antenas de radio son mucho más altas que la frecuencia de 50/60 Hz de la línea eléctrica, los sistemas de conexión a tierra de radio utilizan principios diferentes de la conexión a tierra de la alimentación de CA. ^[13] Las conexiones a tierra de seguridad del "tercer cable" en el cableado del edificio de servicios públicos de CA no fueron diseñadas y no pueden usarse para este propósito. Los largos cables de tierra de la red pública tienen alta impedancia a determinadas frecuencias. En el caso de un transmisor, la corriente de RF que fluye a través de los cables de tierra puede irradiar interferencias de radiofrecuencia.e inducen voltajes peligrosos en las partes metálicas conectadas a tierra de otros aparatos, por lo que se utilizan sistemas de tierra separados. ^[13]

Las antenas monopolo que operan a frecuencias más bajas, por debajo de 20 MHz, utilizan la Tierra como parte de la antena, como un plano conductor para reflejar las ondas de radio. Estos incluyen la antena T y L invertida , la antena tipo paraguas y el radiador de mástil utilizado por las estaciones de radio AM. La línea de alimentación del transmisor está conectada entre la antena y la tierra, por lo que requiere un sistema de conexión a tierra debajo de la antena para hacer contacto con el suelo y recolectar la corriente de retorno. En transmisores y receptores de radio de baja potencia , la conexión a tierra puede ser tan simple como una o más varillas o estacas de metal clavadas en la tierra, o una conexión eléctrica a la tubería de agua de metal de un edificio que se extiende hacia la tierra. ^[13] Sin embargo, en las antenas transmisoras, el sistema de tierra transporta toda la corriente de salida del transmisor, por lo que la resistencia de un contacto de tierra inadecuado puede ser una pérdida importante de potencia del transmisor. El sistema de tierra funciona como una placa de condensador , para recibir la corriente de desplazamiento de la antena y devolverla al lado de tierra de la línea de alimentación del transmisor, por lo que preferiblemente se ubica directamente debajo de la antena.

Los transmisores de potencia media a alta suelen tener un sistema de tierra extenso que consta de cables de cobre desnudos enterrados en la tierra debajo de la antena, para reducir la resistencia. ^[14] Dado que para las antenas omnidireccionales utilizadas en estas bandas las corrientes terrestres viajan radialmente hacia el punto de tierra desde todas las direcciones, el sistema de puesta a tierra generalmente consiste en un patrón radial de cables enterrados que se extienden hacia afuera debajo de la antena en todas las direcciones, conectados entre sí a la lado de tierra de la línea de alimentación del transmisor en un terminal al lado de la base de la antena. ^[15]^[16]

La potencia del transmisor perdida en la resistencia del suelo y, por tanto, la eficiencia de la antena, depende de la conductividad del suelo. Esto varía mucho; Los suelos pantanosos o estanques, en particular el agua salada, proporcionan el suelo de menor resistencia, mientras que los suelos secos rocosos o arenosos son los más altos. La pérdida de potencia por metro cuadrado en el suelo es proporcional al cuadrado de la densidad de corriente del transmisor que fluye en la tierra. La densidad de corriente y la potencia disipada aumentan cuanto más se acerca al terminal de tierra en la base de la antena, ^[16] por lo que se puede pensar que el sistema de tierra radial proporciona un medio de conductividad más alta, cobre, para que la corriente de tierra llegue a fluir a través, en las partes del suelo que llevan alta densidad de corriente, para reducir las pérdidas de energía.

Diseño

Un sistema de tierra estándar ampliamente utilizado para antenas de radiodifusión de radiador de mástil que operan en las bandas MF y LF consta de 120 cables de tierra radiales enterrados igualmente espaciados que se extienden un cuarto de longitud de onda (.25 , 90 grados eléctricos) desde la antena. ^[16]^[13]^[15]^[17] Normalmente se utiliza alambre de cobre trefilado de calibre 8 a 10, enterrado de 4 a 10 pulgadas de profundidad. ^[16] Para la banda de transmisión de AM $\lambda$ antenas esto requiere un área de tierra circular que se extienda desde el mástil de 47 a 136 metros (154 a 446 pies). Por lo general, se planta con césped, que se mantiene corto ya que el césped alto puede aumentar la pérdida de potencia en determinadas circunstancias. Si el área terrestre disponible es demasiado limitada para radiales tan largos, en muchos casos pueden ser reemplazados por un mayor número de radiales más cortos o por un número menor de radiales más largos. ^[14]^[15]

En las antenas transmisoras, una segunda causa de desperdicio de energía son las pérdidas de energía dieléctrica del campo eléctrico ( corriente de desplazamiento ) de la antena que pasa a través de la tierra para llegar a los cables de tierra. ^[17] Para antenas cercanas a media longitud de onda de alto (180 grados eléctricos), la antena tiene un voltaje máximo ( antinodo ) cerca de su base, lo que da como resultado campos eléctricos intensos en la tierra por encima de los cables de tierra cerca del mástil donde la corriente de desplazamientoentra al suelo. Para reducir esta pérdida, estas antenas a menudo usan una pantalla de tierra de cobre conductor debajo de la antena conectada a los cables de tierra enterrados, ya sea en el suelo o elevados unos pocos pies, para proteger el suelo del campo eléctrico.

En algunos casos en los que el suelo rocoso o arenoso tiene una resistencia demasiado alta para un suelo enterrado, se utiliza un contrapeso . ^[15] Se trata de una red radial de cables similar a la de un sistema de suelo enterrado, pero que se encuentra en la superficie o suspendida a unos pocos pies sobre el suelo. Actúa como una placa de condensador , acoplando capacitivamente la línea de alimentación a las capas conductoras de la tierra.

Antenas eléctricamente cortas

A frecuencias más bajas, la resistencia del sistema de tierra es un factor más crítico debido a la pequeña resistencia a la radiación de la antena. En las bandas LF y VLF , las limitaciones de altura de construcción requieren que se utilicen antenas eléctricamente cortas , más cortas que la longitud resonante fundamental de un cuarto de longitud de onda ( ). Un monopolo de cuarto de onda tiene una resistencia a la radiación de alrededor de 25 a 36 ohmios , pero por debajo de $\lambda /4$ $\lambda /4$ la resistencia disminuye con el cuadrado de la relación entre la altura y la longitud de onda. La energía alimentada a una antena se divide entre la resistencia a la radiación, que representa la energía emitida como ondas de radio, la función deseada de la antena y la resistencia óhmica del sistema de tierra, que da como resultado energía desperdiciada en forma de calor. A medida que la longitud de onda aumenta en relación con la altura de la antena, la resistencia a la radiación de la antena disminuye, por lo que la resistencia de tierra constituye una proporción mayor de la resistencia de entrada de la antena y consume más potencia del transmisor. Las antenas en la banda VLF a menudo tienen una resistencia de menos de un ohmio , e incluso con sistemas de tierra de resistencia extremadamente baja, el 50% al 90% de la potencia del transmisor puede desperdiciarse en el sistema de tierra. ^[13]

Sistemas de protección contra rayos

Las barras colectoras se utilizan para conductores de tierra en circuitos de alta corriente.

Los sistemas de protección contra rayos están diseñados para mitigar los efectos de los rayos mediante la conexión a extensos sistemas de puesta a tierra que proporcionan una conexión a tierra de gran superficie. El área grande es necesaria para disipar la alta corriente de un rayo sin dañar los conductores del sistema por el exceso de calor. Dado que los rayos son pulsos de energía con componentes de muy alta frecuencia, los sistemas de puesta a tierra para la protección contra rayos tienden a utilizar tramos rectos cortos de conductores para reducir la autoinductancia y el efecto de piel .

Estera de tierra (tierra)

En una subestación eléctrica, una estera de tierra es una malla de material conductor instalada en lugares donde una persona estaría parada para operar un interruptor u otro aparato; está adherido a la estructura metálica de soporte local y al mango de la celda, de modo que el operador no estará expuesto a un voltaje diferencial alto debido a una falla en la subestación.

En las proximidades de dispositivos sensibles a la electricidad estática, se utiliza una alfombra de conexión a tierra o una alfombra de conexión a tierra para conectar a tierra la electricidad estática generada por personas y equipos en movimiento. ^[18] Hay dos tipos utilizados en el control estático: tapetes disipadores de estática y tapetes conductores.

Una alfombra disipadora de estática que descansa sobre una superficie conductora (comúnmente el caso en instalaciones militares) generalmente está hecha de 3 capas (3 capas) con capas de vinilo disipadoras de estática que rodean un sustrato conductor que está conectado eléctricamente a tierra (tierra). Para usos comerciales, tradicionalmente se utilizan alfombrillas de goma disipadoras de estática que están hechas de 2 capas (2 capas) con una capa superior disipadora de estática resistente a la soldadura que las hace durar más que las alfombrillas de vinilo y una base de goma conductora . Las alfombrillas conductoras están hechas de carbono y se usan solo en pisos con el propósito de atraer electricidad estática a tierra lo más rápido posible. Las alfombrillas normalmente conductoras se fabrican con acolchado para estar de pie y se denominan alfombras "antifatiga".

Alfombrilla de conexión a tierra de vinilo disipador de estática de 3 capas mostrada a escala macro

Para que una alfombra disipadora de estática esté conectada a tierra de manera confiable, debe estar conectada a una ruta a tierra. Normalmente, tanto la alfombrilla como la muñequera están conectadas a tierra mediante un sistema de conexión a tierra de punto común (CPGS). ^[19]

En los talleres de reparación de computadoras y en la fabricación de productos electrónicos, los trabajadores deben estar conectados a tierra antes de trabajar en dispositivos sensibles a voltajes que puedan ser generados por humanos. Por esa razón, las alfombrillas disipadoras de estática pueden usarse y también se usan en los pisos de ensamblaje de producción como "corredores de piso" a lo largo de la línea de ensamblaje para atraer la estática generada por las personas que caminan hacia arriba y hacia abajo.

Aislamiento

El aislamiento es un mecanismo que anula la conexión a tierra. Se usa con frecuencia con dispositivos de consumo de baja potencia y cuando los ingenieros, aficionados o reparadores están trabajando en circuitos que normalmente se operarían usando el voltaje de la línea eléctrica. El aislamiento se puede lograr simplemente colocando un transformador de "relación de cable 1: 1" con un número igual de vueltas entre el dispositivo y el servicio eléctrico regular, pero se aplica a cualquier tipo de transformador que utilice dos o más bobinas aisladas eléctricamente entre sí.

Para un dispositivo aislado, tocar un solo conductor alimentado no causa una descarga severa, porque no hay camino de regreso al otro conductor a través del suelo. Sin embargo, aún pueden ocurrir descargas eléctricas y electrocución si ambos polos del transformador entran en contacto con la piel desnuda. Anteriormente se sugirió que los reparadores "trabajaran con una mano detrás de la espalda" para evitar tocar dos partes del dispositivo bajo prueba al mismo tiempo, evitando así que una corriente atraviese el pecho e interrumpa los ritmos cardíacos o cause un paro cardíaco . ^[20]

Generalmente, cada transformador de línea de alimentación de CA actúa como un transformador de aislamiento, y cada paso hacia arriba o hacia abajo tiene el potencial de formar un circuito aislado. Sin embargo, este aislamiento evitaría que los dispositivos defectuosos quemen los fusibles cuando se cortocircuitan con su conductor de tierra. El aislamiento que podría crear cada transformador se vence al tener siempre una pata de los transformadores conectada a tierra, en ambos lados de las bobinas del transformador de entrada y salida. Las líneas eléctricas también suelen conectar a tierra un cable específico en cada polo, para garantizar la ecualización de corriente de polo a polo si se produce un cortocircuito a tierra.

En el pasado, los artefactos conectados a tierra se han diseñado con aislamiento interno en un grado que permitía la simple desconexión de la tierra mediante enchufes trampa sin problema aparente (una práctica peligrosa, ya que la seguridad del equipo flotante resultante se basa en el aislamiento de su transformador de potencia). . Sin embargo, los electrodomésticos modernos a menudo incluyen módulos de entrada de energía que están diseñados con un acoplamiento capacitivo deliberado entre las líneas de energía de CA y el chasis, para suprimir la interferencia electromagnética. Esto da como resultado una corriente de fuga significativa de las líneas eléctricas a tierra. Si la tierra se desconecta por un enchufe trampa o por accidente, la corriente de fuga resultante puede causar descargas leves, incluso sin ningún fallo en el equipo. ^[21]Incluso las pequeñas corrientes de fuga son una preocupación importante en entornos médicos, ya que la desconexión accidental de la tierra puede introducir estas corrientes en partes sensibles del cuerpo humano. Como resultado, las fuentes de alimentación médicas están diseñadas para tener baja capacitancia. ^[22]

Los aparatos y fuentes de alimentación de Clase II (como los cargadores de teléfonos móviles) no proporcionan ninguna conexión a tierra y están diseñados para aislar la salida de la entrada. La seguridad está garantizada por el doble aislamiento, por lo que se requieren dos fallas de aislamiento para causar un choque.

Ver también

Clases de electrodomésticos
Constantes de tierra
Anillo de tierra
Bucle de tierra (electricidad)
Cable de tierra (línea de transmisión)
Tierra aislada
Circuito fantasma
Suelo flotante
Resistividad del suelo
Tierra de Ufer
Terreno virtual

Notas

^ Para mantener baja la impedancia, los cables de tierra deben evitar las curvas o bucles innecesarios que se muestran en esta imagen. Holt, Mike (14 de noviembre de 2013). "Puesta a tierra - Fundamentos de seguridad" . video de youtube . Empresas Mike Holt . Consultado el 4 de febrero de 2019 .
^ Un 'telégrafo electroquímico' creado por el médico, anatomista e inventor Samuel Thomas von Sömmering en 1809, basado en un diseño anterior, menos robusto de 1804 por el erudito y científico catalán Francisco Salva Campillo, ambos emplearon varios cables (hasta 35) para representar casi todas las letras y números latinos. Los mensajes se podían transmitir eléctricamente hasta unos pocos kilómetros (en el diseño de von Sömmering), con cada uno de los cables del receptor de telégrafo sumergido en un tubo de vidrio de ácido separado. El remitente aplicó secuencialmente una corriente eléctrica a través de los diversos cables que representan cada dígito de un mensaje; en el extremo del receptor, las corrientes electrolizaron el ácido de los tubos en secuencia, liberando corrientes de burbujas de hidrógeno junto a cada letra o número asociado. El operador del receptor de telégrafo observaría las burbujas y luego grabaría el mensaje transmitido. —Jones, R. Victor Samuel Thomas von Sömmering "Space Multiplexed"Telégrafo electroquímico (1808-10) Archivado el 11 de octubre de 2012 en elWayback Machine , sitio web de la Universidad de Harvard. Atribuido a " Semaphore to Satellite ", Unión Internacional de Telecomunicaciones, Ginebra 1965. Consultado el 1 de mayo de 2009.
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Referencias

Estándar federal 1037C en apoyo de MIL-STD-188

enlaces externos

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con la puesta a tierra .

Busque terreno en Wikcionario, el diccionario libre.

Conexiones a tierra del circuito y prácticas de puesta a tierra
Capítulo de seguridad eléctrica dellibro y la serie Lessons In Electric Circuits Vol 1 DC .
Conexión a tierra para circuitos de baja y alta frecuencia ( PDF ) - Nota de aplicación de dispositivos analógicos
Una guía del usuario de un amplificador IC para desacoplar, conectar a tierra y hacer que todo salga bien para un cambio (PDF) - Nota de aplicación de dispositivos analógicos
El telégrafo electromagnético, por JB Calvert

[Holt-1] Para mantener baja la impedancia, los cables de tierra deben evitar las curvas o bucles innecesarios que se muestran en esta imagen. Holt, Mike (14 de noviembre de 2013). "Puesta a tierra - Fundamentos de seguridad" . video de youtube . Empresas Mike Holt . Consultado el 4 de febrero de 2019 .

[Harvard1-2] Un 'telégrafo electroquímico' creado por el médico, anatomista e inventor Samuel Thomas von Sömmering en 1809, basado en un diseño anterior, menos robusto de 1804 por el erudito y científico catalán Francisco Salva Campillo, ambos emplearon varios cables (hasta 35) para representar casi todas las letras y números latinos. Los mensajes se podían transmitir eléctricamente hasta unos pocos kilómetros (en el diseño de von Sömmering), con cada uno de los cables del receptor de telégrafo sumergido en un tubo de vidrio de ácido separado. El remitente aplicó secuencialmente una corriente eléctrica a través de los diversos cables que representan cada dígito de un mensaje; en el extremo del receptor, las corrientes electrolizaron el ácido de los tubos en secuencia, liberando corrientes de burbujas de hidrógeno junto a cada letra o número asociado. El operador del receptor de telégrafo observaría las burbujas y luego grabaría el mensaje transmitido. —Jones, R. Victor Samuel Thomas von Sömmering "Space Multiplexed"Telégrafo electroquímico (1808-10) Archivado el 11 de octubre de 2012 en elWayback Machine , sitio web de la Universidad de Harvard. Atribuido a " Semaphore to Satellite ", Unión Internacional de Telecomunicaciones, Ginebra 1965. Consultado el 1 de mayo de 2009.

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[1]