Como vimos anteriormente, un sistema de alimentación sin conexión segura a tierra es impredecible desde una perspectiva de seguridad. No hay forma de garantizar cuánto o qué poco voltaje existirá entre cualquier punto del circuito y la tierra. Al conectar a tierra un lado de la fuente de voltaje del sistema de alimentación, se puede asegurar que al menos un punto del circuito sea eléctricamente común con la tierra y, por lo tanto, no presente peligro de descarga eléctrica. En un sistema de energía eléctrica de dos cables simple, el conductor conectado a tierra se llama neutro , y el otro conductor se llama caliente , también conocido como el vivo o el activo :
En lo que respecta a la fuente de voltaje y la carga, conexión a tierra no hace ninguna diferencia. Existe únicamente por el bien de la seguridad personal, al garantizar que al menos un punto del circuito sea seguro para tocar (voltaje cero a tierra). El lado “caliente” del circuito, llamado así por su potencial de riesgo de descarga eléctrica, será peligroso de tocar a menos que el voltaje esté asegurado mediante una desconexión adecuada de la fuente (idealmente, utilizando un procedimiento sistemático de bloqueo / etiquetado).
Este desequilibrio de peligro entre los dos conductores en un circuito de alimentación simple es importante de entender. La siguiente serie de ilustraciones se basa en sistemas de cableado domésticos comunes (que utilizan fuentes de voltaje de CC en lugar de CA para simplificar).
Si echamos un vistazo a un simple electrodoméstico, como una tostadora con una carcasa de metal conductora, podemos ver que no debería haber peligro de descarga eléctrica cuando funciona correctamente. Los cables que conducen la energía a los elementos de calentamiento de la tostadora están aislados de tocar la carcasa de metal (y entre sí) con goma o plástico.
Sin embargo, si uno de los cables dentro de la tostadora entrara en contacto accidentalmente con la carcasa de metal, la carcasa se volverá eléctricamente común al cable, y tocar la carcasa será tan peligroso como tocar el cable desnudo. Si esto presenta o no un riesgo de descarga depende de que cable toca accidentalmente:
Si el cable “caliente” entra en contacto con la carcasa, pone en peligro al usuario de la tostadora. Por otro lado, si el cable neutro entra en contacto con la caja, no hay peligro de choque:
Para ayudar a garantizar que la primera falla sea menos probable que la segunda, los ingenieros intentan diseñar los electrodomésticos de tal manera que se minimice el contacto del conductor caliente con la carcasa. Idealmente, por supuesto, no desea que ninguno de los cables entre en contacto accidentalmente con la carcasa conductora del electrodoméstico, pero generalmente hay formas de diseñar el diseño de las partes para que el contacto accidental sea menos probable para un cable que para el otro.
Sin embargo, esta medida preventiva es efectiva solo si se puede garantizar la polaridad del enchufe. Si se puede invertir el enchufe, entonces el conductor con mayor probabilidad de contactar con el caso podría ser el “caliente”:
Los aparatos diseñados de esta manera generalmente vienen con enchufes “polarizados”, una punta del enchufe es ligeramente más estrecha que la otra. Los receptáculos de alimentación también están diseñados de esta manera, una ranura es más estrecha que la otra. En consecuencia, el enchufe no se puede insertar “hacia atrás” y se puede garantizar la identidad del conductor dentro del aparato. Recuerde que esto no tiene ningún efecto sobre la función básica del dispositivo: es estrictamente por la seguridad del usuario.
Algunos ingenieros abordan el problema de seguridad simplemente haciendo que la carcasa externa del dispositivo no sea conductiva. Dichos aparatos se denominan con doble aislamiento ya que la carcasa aislante sirve como una segunda capa de aislamiento por encima y más allá de la de los propios conductores. Si un cable dentro del aparato entra en contacto accidentalmente con la carcasa, no existe ningún peligro para el usuario del aparato.
Otros ingenieros abordan el problema de la seguridad manteniendo una carcasa conductora, pero utilizando un tercer conductor para conectar firmemente esa carcasa a tierra:
La tercera punta del cable de alimentación proporciona una conexión eléctrica directa desde la carcasa del aparato a tierra, lo que hace que los dos puntos sean eléctricamente comunes entre sí. Si son eléctricamente comunes, entonces no puede haber caída de voltaje entre ellos. Al menos, así es como se supone que debe funcionar. Si el conductor caliente toca accidentalmente la carcasa metálica del aparato, creará un cortocircuito directo a la fuente de voltaje a través del cable de tierra, disparando cualquier dispositivo de protección contra sobrecorriente. El usuario del aparato permanecerá seguro.
Es por eso que es tan importante no cortar nunca la tercera clavija de un enchufe de alimentación cuando se intenta colocarla en un receptáculo de dos clavijas. Si se hace esto, no habrá conexión a tierra de la carcasa del dispositivo para mantener a los usuarios seguros. El aparato seguirá funcionando correctamente, pero si hay una falla interna que pone el cable caliente en contacto con la carcasa, los resultados pueden ser mortales. Si se debe utilizar un receptáculo de dos puntas , se puede instalar un adaptador de receptáculo de dos a tres puntas con un cable de conexión a tierra conectado al tornillo de cubierta con conexión a tierra. Esto mantendrá la seguridad del aparato conectado a tierra mientras está enchufado a este tipo de receptáculo.
Sin embargo, la ingeniería eléctricamente segura no necesariamente termina en la carga. Se puede disponer una protección final contra descargas eléctricas en el lado de la fuente de alimentación del circuito en lugar del dispositivo en sí. Esta protección se llama detección de falla a tierra , y funciona así:
En un aparato que funciona correctamente (como se muestra arriba), la corriente medida a través del conductor caliente debe ser exactamente igual a la corriente a través del conductor neutro, porque solo hay un camino para que los electrones fluyan en el circuito. Sin fallas dentro del electrodoméstico, no hay conexión entre los conductores del circuito y la persona que toca la carcasa, y por lo tanto no hay choque.
Sin embargo, si el cable caliente entra en contacto accidentalmente con la caja de metal, habrá corriente a través de la persona que toca la caja. La presencia de una corriente de choque se manifestará como una diferencia de corriente entre los dos conductores de potencia en el receptáculo:
Esta diferencia de corriente entre los conductores “caliente” y “neutro” solo existirá si hay corriente a través de la conexión a tierra, lo que significa que hay una falla en el sistema. Por lo tanto, dicha diferencia de corriente se puede utilizar como una forma de detectar una condición de falla. Si se configura un dispositivo para medir esta diferencia de corriente entre los dos conductores de alimentación, la detección del desequilibrio de corriente se puede utilizar para activar la apertura de un interruptor de desconexión, cortando así la alimentación y evitando descargas graves:
Dichos dispositivos se denominan Interruptores de corriente de falla a tierra , o GFCI para abreviar. Fuera de Norteamérica, el GFCI se conoce como un interruptor de seguridad, un dispositivo de corriente residual (RCD), un RCBO o RCD / MCB si se combina con un interruptor de circuito en miniatura o un interruptor de circuito de fuga a tierra (ELCB). Son lo suficientemente compactos como para integrarse en un receptáculo de alimentación. Estos receptáculos se identifican fácilmente por sus distintivos botones “Prueba” y “Restablecer”. La gran ventaja de utilizar este enfoque para garantizar la seguridad es que funciona independientemente del diseño del dispositivo. Por supuesto, sería mejor usar un aparato con doble aislamiento o con conexión a tierra además de un receptáculo GFCI, pero es reconfortante saber que se puede hacer algo para mejorar la seguridad más allá del diseño y la condición del aparato.
El interruptor de circuito por falla de arco (AFCI) , un disyuntor diseñado para evitar incendios, está diseñado para abrirse en cortocircuitos resistivos intermitentes. Por ejemplo, un interruptor de 15 A normal está diseñado para abrir un circuito rápidamente si se carga mucho más allá de la clasificación de 15 A, más lentamente un poco más allá de la clasificación. Si bien esto protege contra cortocircuitos directos y varios segundos de sobrecarga, respectivamente, no protege contra arcos, similar a la soldadura por arco. Un arco es una carga altamente variable, que alcanza un pico repetitivo a más de 70 A, en circuito abierto con cruces por cero de corriente alterna. Aunque la corriente promedio no es suficiente para disparar un interruptor estándar, es suficiente para iniciar un incendio. Este arco podría crearse mediante un cortocircuito metálico que quema el metal abierto, dejando un plasma de gases ionizados por pulverización resistiva.
El AFCI contiene circuitos electrónicos para detectar este cortocircuito resistivo intermitente. Protege contra arcos calientes a neutros y calientes a tierra. El AFCI no protege contra riesgos de descargas personales como lo hace un GFCI. Por lo tanto, los GFCI todavía deben instalarse en la cocina, el baño y los circuitos al aire libre. Dado que el AFCI a menudo se dispara al arrancar motores grandes, y más generalmente en motores con escobillas, su instalación está limitada a los circuitos del dormitorio por el Código Eléctrico Nacional de EE. UU. El uso del AFCI debería reducir la cantidad de incendios eléctricos. Sin embargo, los disparos molestos al hacer funcionar aparatos con motores en circuitos AFCI son un problema.
REVISIÓN:
- Los sistemas de alimentación a menudo tienen un lado del suministro de voltaje conectado a tierra para garantizar la seguridad en ese punto.
- El conductor “conectado a tierra” en un sistema de alimentación se llama conductor neutro , mientras que el conductor sin conexión a tierra se llama caliente .
- La conexión a tierra en los sistemas de energía existe por seguridad personal, no por la operación de la (s) carga (s).
- La seguridad eléctrica de un electrodoméstico u otras cargas se puede mejorar mediante una buena ingeniería: los enchufes polarizados, el aislamiento doble y los enchufes de “conexión a tierra” de tres puntas son todas formas de maximizar la seguridad en el lado de la carga.
- Los interruptores de corriente de falla a tierra (GFCI) funcionan al detectar una diferencia de corriente entre los dos conductores que suministran energía a la carga. No debería haber ninguna diferencia en la corriente en absoluto. Cualquier diferencia significa que la corriente debe estar entrando o saliendo de la carga por otros medios que no sean los dos conductores principales, lo que no es bueno. Una diferencia de corriente significativa abrirá automáticamente un mecanismo de interruptor de desconexión, cortando completamente la energía.
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