En ingeniería eléctrica , tierra y neutro (tierra y neutro) son conductores de circuito utilizados en sistemas eléctricos de corriente alterna (CA). El conductor neutro devuelve corriente al suministro. Para limitar los efectos de la corriente de fuga de los sistemas de mayor voltaje, el conductor neutro suele estar conectado a tierra en el punto de suministro. Un conductor de tierra no está diseñado para transportar corriente para el funcionamiento normal del circuito, sino que conecta componentes metálicos expuestos (como gabinetes de equipos o conductos que encierran el cableado) a tierra. Un conductor de tierra solo transporta una corriente significativa si hay una falla en el circuito que, de otro modo, energizaría las partes conductoras expuestas y presentaría un riesgo de descarga eléctrica. Los dispositivos de protección de circuitos pueden detectar una falla en una carcasa metálica conectada a tierra y desenergizar automáticamente el circuito, o pueden proporcionar una advertencia de una falla a tierra.
En determinadas condiciones, un conductor utilizado para conectarse a un sistema neutro también se utiliza para la conexión a tierra de equipos y estructuras. La corriente transportada por un conductor de conexión a tierra puede provocar la aparición de voltajes objetables o peligrosos en los gabinetes de los equipos , por lo que la instalación de conductores de conexión a tierra y conductores neutros está cuidadosamente definida en las regulaciones eléctricas . Cuando se utiliza un conductor neutro también para conectar gabinetes de equipos a tierra, se debe tener cuidado de que el conductor neutro nunca alcance un voltaje alto con respecto a la tierra local.
Tierra en un sistema de cableado eléctrico de red ( alimentación de CA ) es un conductor que proporciona una ruta de baja impedancia a tierra para evitar que aparezcan voltajes peligrosos en el equipo (picos de alto voltaje). [ cita necesaria ] Los términos tierra y tierra se utilizan como sinónimos en esta sección; ground es más común en inglés norteamericano y Earth es más común en inglés británico. En condiciones normales, un conductor de puesta a tierra no transporta corriente. La conexión a tierra también es una ruta integral para el cableado doméstico porque hace que los disyuntores se disparen más rápidamente (es decir, GFCI ), lo cual es más seguro. Agregar nuevos terrenos requiere un electricista calificado con conocimientos específicos de una región de distribución de energía.
El neutro es un conductor de circuito que normalmente completa el circuito de regreso a la fuente. NEC establece que los cables neutro y de tierra deben conectarse en el punto neutro del transformador o generador, o de otro modo en algún "punto neutro del sistema", pero no en ningún otro lugar. [1] Esto es para instalaciones simples de un solo panel; para paneles múltiples la situación es más compleja. En un sistema de CA polifásico (generalmente trifásico ) , el conductor neutro está diseñado para tener voltajes similares a cada uno de los otros conductores del circuito, pero puede transportar muy poca corriente si las fases están equilibradas.
Todos los cables neutros del mismo sistema eléctrico conectado a tierra deben tener el mismo potencial eléctrico, porque todos están conectados a través de la tierra del sistema. Los conductores neutros suelen estar aislados para el mismo voltaje que los conductores de línea, con interesantes excepciones. [2]
Los cables neutros generalmente están conectados a una barra neutral dentro de tableros o tableros de distribución, y están "unidos" a tierra en la entrada del servicio eléctrico o en los transformadores dentro del sistema. Para instalaciones eléctricas con servicio bifásico (monofásico de tres hilos), el punto neutro del sistema está en la toma central del lado secundario del transformador de servicio. Para instalaciones eléctricas más grandes, como aquellas con servicio polifásico , el punto neutro suele estar en la conexión común en el lado secundario de los transformadores conectados en triángulo/estrella . Otras disposiciones de transformadores polifásicos pueden dar lugar a que no haya punto neutro ni conductores neutros.
La norma IEC ( IEC 60364 ) codifica métodos de instalación de conductores neutros y de tierra en un edificio, donde estos sistemas de puesta a tierra se designan con símbolos de letras. Los símbolos de letras son comunes en los países que utilizan estándares IEC, pero las prácticas norteamericanas rara vez hacen referencia a los símbolos IEC. Las diferencias son que los conductores pueden estar separados en todo su recorrido desde el equipo hasta tierra, o pueden estar combinados en toda o parte de su longitud. Se utilizan diferentes sistemas para minimizar la diferencia de voltaje entre el neutro y la tierra local. La corriente que fluye por un conductor de puesta a tierra producirá una caída de voltaje a lo largo del conductor, y los sistemas de puesta a tierra buscan garantizar que este voltaje no alcance niveles inseguros.
En el sistema TN-S, se instalan conductores neutros y de protección a tierra separados entre el equipo y la fuente de suministro (generador o transformador de la red eléctrica). Las corrientes normales del circuito fluyen sólo en el neutro y el conductor de tierra de protección une todas las cajas del equipo a tierra para interceptar cualquier corriente de fuga debido a una falla de aislamiento. El conductor neutro está conectado a tierra en el punto de suministro del edificio, pero no existe un camino común a tierra para la corriente del circuito y el conductor de protección.
En el sistema TN-C, un conductor común proporciona tanto la conexión a tierra neutral como la de protección. El conductor neutro está conectado a tierra en el punto de suministro y las cajas de los equipos están conectadas al neutro. Existe el peligro de que una conexión neutral rota permita que todas las cajas del equipo alcancen un voltaje peligroso si existe alguna fuga o falla de aislamiento en algún equipo. Esto se puede mitigar con cables especiales, pero el coste es mayor.
En el sistema TN-CS, cada equipo eléctrico tiene una conexión a tierra de protección en su carcasa y una conexión neutra. Todos estos se devuelven a algún punto común en el sistema del edificio, y luego se establece una conexión común desde ese punto hasta la fuente de suministro y la tierra.
En un sistema TT, no se utiliza un conductor de tierra de protección común largo, sino que cada artículo del equipo eléctrico (o sistema de distribución del edificio) tiene su propia conexión a tierra.
La CEAR india , Regla 41, establece las siguientes disposiciones:
Las tensiones parásitas creadas en los conductores de puesta a tierra por las corrientes que fluyen en los conductores neutros de la red eléctrica de suministro pueden ser problemáticas. Por ejemplo, pueden ser necesarias medidas especiales en los establos utilizados para ordeñar ganado lechero. Tensiones muy pequeñas, normalmente imperceptibles para el ser humano, pueden provocar una baja producción de leche o incluso mastitis (inflamación de la ubre). [3] En el sistema de distribución eléctrica de una sala de ordeño pueden ser necesarios los llamados "filtros de tensión de hormigueo".
Conectar el neutro a la caja del equipo proporciona cierta protección contra fallas, pero puede producir un voltaje peligroso en la caja si la conexión neutral está rota.
Los conductores combinados de neutro y tierra se utilizan comúnmente en el cableado de las empresas de suministro de electricidad y, ocasionalmente, para cableado fijo en edificios y para algunas aplicaciones especializadas donde hay pocas alternativas, como ferrocarriles y tranvías . Dado que las corrientes normales del circuito en el conductor neutro pueden dar lugar a diferencias objetables o peligrosas entre el potencial de tierra local y el neutro, y para proteger contra roturas del neutro, se deben tomar precauciones especiales como el uso frecuente de varillas a tierra (múltiples conexiones de varillas de tierra), el uso de cables donde la combinación de neutro y tierra rodea completamente los conductores de fase y se debe considerar una conexión equipotencial más gruesa de lo normal para garantizar que el sistema sea seguro.
En los Estados Unidos, las cajas de algunas estufas de cocina (estufas, hornos), encimeras , secadoras de ropa y otros electrodomésticos listados específicamente estaban conectados a tierra a través de sus cables neutros como medida para conservar el cobre de los cables de cobre durante la Segunda Guerra Mundial . Esta práctica fue eliminada del NEC en la edición de 1996, pero las instalaciones existentes (llamadas "trabajo antiguo") aún pueden permitir que las cajas de dichos aparatos listados se conecten al conductor neutro para conexión a tierra. (Canadá no adoptó este sistema y, en cambio, durante este tiempo y hasta el presente utiliza cables neutros y de tierra separados).
Esta práctica surgió del sistema de tres cables utilizado para alimentar cargas de 120 voltios y 240 voltios. Debido a que estos electrodomésticos enumerados a menudo tienen componentes que usan 120 o 120 y 240 voltios, a menudo hay algo de corriente en el cable neutro. Esto difiere del cable de protección a tierra, que solo transporta corriente en condiciones de falla. El uso del conductor neutro para conectar a tierra el gabinete del equipo se consideraba seguro ya que los dispositivos estaban conectados permanentemente al suministro y, por lo tanto, era poco probable que el neutro se rompiera sin romper también ambos conductores de suministro. Además, la corriente desequilibrada debida a las lámparas y los pequeños motores de los aparatos era pequeña en comparación con la clasificación de los conductores y, por lo tanto, era poco probable que provocara una gran caída de tensión en el conductor neutro.
En la práctica norteamericana y europea, a los equipos portátiles pequeños conectados mediante un juego de cables se les permite, bajo ciertas condiciones, tener simplemente dos conductores en el enchufe de conexión. Se puede utilizar un enchufe polarizado para mantener la identidad del conductor neutro en el aparato, pero el neutro nunca se utiliza como conexión a tierra del chasis/caja. Los pequeños cables de las lámparas, etc., suelen tener una o más crestas moldeadas o cordones incrustados para identificar el conductor neutro, o pueden identificarse por color. Los aparatos portátiles nunca utilizan el conductor neutro para la conexión a tierra y, a menudo, cuentan con una construcción de " doble aislamiento ".
En lugares donde el diseño del enchufe y la toma no puede garantizar que un conductor neutro del sistema esté conectado a terminales particulares del dispositivo (enchufes "no polarizados"), los aparatos portátiles deben diseñarse bajo el supuesto de que cualquiera de los polos de cada circuito puede alcanzar la potencia principal completa. voltaje con respecto al suelo.
En la práctica norteamericana, el equipo conectado mediante un juego de cables debe tener tres cables si se alimenta exclusivamente con 240 voltios, o debe tener cuatro cables (incluidos neutro y tierra), si se alimenta con 120/240 voltios.
Existen disposiciones especiales en el NEC para los llamados equipos técnicos, principalmente equipos de audio y vídeo de calidad profesional alimentados por los llamados circuitos "equilibrados" de 120 voltios. La derivación central de un transformador está conectada a tierra y el equipo se alimenta mediante dos cables de línea, cada uno de 60 voltios a tierra (y 120 voltios entre conductores de línea). La toma central no se distribuye al equipo y no se utiliza conductor neutro. Estos casos generalmente utilizan un conductor de conexión a tierra que está separado del conductor de conexión a tierra de seguridad específicamente para reducir el ruido y los "zumbidos".
Anteriormente se especificaba otro sistema de distribución especializado en las áreas de atención al paciente de los hospitales. Se proporcionó un sistema de alimentación aislado, a partir de un transformador de aislamiento especial, con la intención de minimizar cualquier corriente de fuga que pudiera pasar a través de equipos conectados directamente a un paciente (por ejemplo, un electrocardiógrafo para monitorear el corazón). El neutro del circuito no estaba conectado a tierra. La corriente de fuga se debió a la capacitancia distribuida del cableado y la capacitancia del transformador de suministro. [4] Dichos sistemas de distribución eran monitoreados por instrumentos instalados permanentemente para dar una alarma cuando se detectaba una corriente de fuga alta.
Un neutro compartido es una conexión en la que varios circuitos utilizan la misma conexión neutra. Esto también se conoce como neutro común , y los circuitos y el neutro juntos a veces se denominan circuito de Edison .
En un circuito trifásico, se comparte un neutro entre las tres fases. Comúnmente el neutro del sistema está conectado al punto estrella del transformador de alimentación. Esta es la razón por la que el lado secundario de la mayoría de los transformadores de distribución trifásicos está devanado en estrella o en estrella. Los transformadores trifásicos y sus neutros asociados suelen encontrarse en entornos de distribución industrial.
Un sistema podría hacerse completamente sin conexión a tierra. En este caso, una falla entre una fase y tierra no causaría ninguna corriente significativa. Comúnmente, el neutro está conectado a tierra a través de un vínculo entre la barra neutra y la barra de tierra. Es común en sistemas más grandes monitorear cualquier corriente que fluya a través del enlace neutro a tierra y usarlo como base para la protección contra fallas neutrales.
La conexión entre neutro y tierra permite que cualquier falla de fase a tierra desarrolle suficiente flujo de corriente para "disparar" el dispositivo de protección contra sobrecorriente del circuito. En algunas jurisdicciones, se requieren cálculos para garantizar que la impedancia del bucle de falla sea lo suficientemente baja como para que la corriente de falla active la protección (en Australia, esto se menciona en AS3000:2007 Cálculo de impedancia del bucle de falla). Esto puede limitar la longitud de un circuito derivado.
En el caso de dos fases que comparten un neutro y la tercera fase está desconectada, el peor consumo de corriente es que un lado tiene carga cero y el otro tiene carga completa, o cuando ambos lados tienen carga completa. El último caso da como resultado , o donde está la magnitud de la corriente. En otras palabras, la magnitud de la corriente en el neutro es igual a la de los otros dos cables.
En un circuito lineal trifásico con tres cargas resistivas o reactivas idénticas, el neutro no conduce corriente. El neutro transporta corriente si las cargas en cada fase no son idénticas. En algunas jurisdicciones, se permite reducir el tamaño del neutro si no se espera un flujo de corriente desequilibrado. Si el neutro es más pequeño que los conductores de fase, puede sobrecargarse si se produce una gran carga desequilibrada.
La corriente consumida por cargas no lineales, como iluminación fluorescente y HID y equipos electrónicos que contienen fuentes de alimentación conmutadas, a menudo contiene armónicos . Las corrientes armónicas triples (múltiplos impares del tercer armónico) son aditivas, lo que da como resultado más 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 en cada conductor de fase. Algunas jurisdicciones prohíben el uso de conductores neutros compartidos cuando se alimentan cargas monofásicas desde una fuente trifásica; otros requieren que el conductor neutro sea sustancialmente más grande que los conductores de fase. Es una buena práctica utilizar disyuntores tetrapolares (a diferencia del tripolar estándar) donde el cuarto polo es la fase neutra y, por lo tanto, está protegido contra sobrecorriente en el conductor neutro.
En el cableado de fase dividida, por ejemplo un receptáculo dúplex en una cocina norteamericana, los dispositivos se pueden conectar con un cable que tenga tres conductores, además de tierra. Los tres conductores suelen ser de color rojo, negro y blanco. El blanco sirve como neutro común, mientras que el rojo y el negro alimentan, por separado, los lados calientes superior e inferior del receptáculo. Normalmente, estos receptáculos se alimentan desde dos disyuntores en los que las manijas de dos polos están unidas para un disparo común. Si se utilizan dos aparatos grandes a la vez, la corriente pasa por ambos y el neutro solo lleva la diferencia de corriente. La ventaja es que sólo se necesitan tres cables para dar servicio a estas cargas, en lugar de cuatro. Si un aparato de cocina sobrecarga el circuito, el otro lado del receptáculo dúplex también se apagará. Esto se llama circuito derivado de varios cables . Se requiere disparo común cuando la carga conectada utiliza más de una fase simultáneamente. El disparo común evita la sobrecarga del neutro compartido si un dispositivo consume más corriente que la nominal.
Es posible que una conexión a tierra faltante o de capacidad inadecuada no proporcione las funciones de protección previstas durante una falla en el equipo conectado. Las conexiones adicionales entre tierra y el neutro del circuito pueden resultar en corriente circulante en la ruta de tierra, corriente parásita introducida en la tierra o en una estructura y voltaje parásito . [ cita necesaria ] Las conexiones a tierra adicionales en un conductor neutro pueden pasar por alto la protección proporcionada por un interruptor de circuito de falla a tierra. Los circuitos de señal que dependen de una conexión a tierra no funcionarán o tendrán un funcionamiento errático si falta la conexión a tierra.
