He aprendido mucho de todas las respuestas, y puede ser que mi punto aquí sea tan obvio que no valga la pena mencionarlo, pero no fue obvio para mí y lo mismo puede ser cierto para otros.
Me parece que el efecto de los caminos de puesta a tierra (tierra) no se ha atribuido como la causa del aumento de voltaje perjudicial en una pierna debido a la pérdida de neutral.
Evidentemente en los EE. UU. Usamos el sistema de puesta a tierra TN-CS. Ver https://en.wikipedia.org/wiki/Earthing_system para el cual un neutral roto es un riesgo de seguridad importante.
Si se pierde el neutro (total o parcialmente), la ruta de corriente de retorno única o principal desde el panel (barras de tierra) al transformador (barra de tierra) es a través de la tierra, una ruta que tiene una resistencia significativa (a diferencia de un neutro intacto que efectivamente resistencia cero).
Para los consumos de energía de 125 V en la casa, el flujo de corriente de regreso al transformador es la diferencia entre la corriente en las dos patas calientes. Un desequilibrio en las dos patas aparecerá como una corriente distinta de cero en la ruta de retorno. Si se pierde el neutro de baja resistencia, esta corriente causará una diferencia de voltaje (V = IR) entre las barras de tierra en el panel del consumidor y en el transformador. Esta diferencia de voltaje se restará del voltaje de una pierna en la casa (la más cargada), pero se agregóal voltaje en la otra pata (la pata cargada más baja). Por lo tanto, cualquier equipo en el tramo cargado inferior obtendrá más de la mitad de la diferencia de voltaje entre los tramos. Y podría haber una falla en cascada porque cada vez que desaparece una carga (a medida que falla el equipo) en el tramo de mayor voltaje, el voltaje aumenta mucho más.
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Jugué con el modelo de rejilla infinita de resistencias del camino desde la barra de tierra de la casa a la barra de tierra en el poste del transformador y me quedé perplejo y humillado bastante rápido. @ Harper se refirió a esto en su comentario.
Busqué en Google y encontré una respuesta ingeniosa https://www.mathpages.com/home/kmath669/kmath669.htm (La respuesta para el problema establecido en la caricatura en el comentario de @Harper sería -0.5 + 4 / pi = 0.773 Ohm.)
Este análisis matemático proporciona la fórmula para la resistencia entre dos puntos en una diagonal separada por m pasos diagonales como:
Rmm = R (2 / pi) (1 + 1/3 + 1/5 + 1/7 +.. + 1 / (2m-1))
Supongo que uno podría estimar la resistencia por pie del suelo y luego el número de pies al poste sería m. Pero mi conclusión es que hay una resistencia significativa entre la barra de tierra de la casa y la del poste del transformador.
Tengo dos varillas de conexión a tierra en serie y podría desconectar la exterior de mi panel y usar cables de puente y un cable de extensión para medir la resistencia. Sin embargo, no estoy seguro de poder motivarme para hacer esto. ¿Alguien sabe la resistencia a través de 30 pies de "suelo" (ahora suelo de Dallas muy húmedo)?
EDITAR2 Ahora me doy cuenta de que tendría que desconectar ambas barras de tierra para obtener una medición precisa y no estoy dispuesto a hacerlo. En mi patio, lejos de la casa, podía apuñalar dos pedazos de barra de conexión a tierra y ver qué resistencia obtengo entre ellos.
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Salí y golpeé dos piezas de 18 "de largo de la barra de conexión a tierra a 1 pie de distancia en el suelo a 30 pies de distancia en nuestro patio trasero muy húmedo. Utilicé un cable de extensión de 50 'como una extensión de los cables de prueba de mi nuevo multímetro de verdadero valor eficaz Fluke 115 en el modo de resistencia. Por supuesto, esta es una medida de CC y cuantitativamente sin sentido, pero solo estoy informando lo que obtuve. Alguien aquí debe saber cuál debería ser un resultado válido.
El primer valor que apareció en la pantalla fue ~ 40 ohmios y esto aumentó en ~ 10 segundos a ~ 120 ohmios. Puedo ver que un ohmímetro de CC no dará resultados significativos para 60 hz de CA, pero solo estoy informando lo que obtuve. Supongo ~ 2 ohmios a 20 ohmios de impedancia por 60 hz.
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La resistencia a lo largo de una diagonal en una cuadrícula de resistencias infinitas en 2D R se mencionó anteriormente
Rmm = R (2 / pi) (1 + 1/3 + 1/5 + 1/7 +.. + 1 / (2m-1)).
La suma de los recíprocos de los enteros impares (también conocido como la serie armónica impar) no converge a medida que m aumenta a m cada vez más grande. Para m> 5 y progresivamente mejor para m> 10, la suma de esta serie se aproxima asintóticamente a una función logarítmica
gamma / 2 + Ln (2) + (1/2) Ln (m), donde gamma es la constante de Euler (o Euler-Mascheroni) ~ 0.57722, entonces
0.57722 / 2 + 0.69315 + (1/2) Ln (m) = 0.98176 + (1/2) Ln (m).
Probar esto para m = 7
La suma da: 1 + 1/3 + 1/5 + 1/7 + 1/9 + 1/11 + 1/13 = 1.9551
La fórmula logarítmica da 0.98176 + 0.5 Ln (7) = 0.98176 + 0.97296 = 1.9547, y la fórmula logarítmica se acerca cada vez más a medida que m>.
Entonces, la resistencia a lo largo de una diagonal de m pasos diagonales se aproxima por
Rmm = ~ R / pi (1.9635 + Ln (m)) donde m sería el número de pasos diagonales entre los dos nodos.
Así podemos ver que la resistencia entre la barra de tierra de una casa y la barra de tierra del transformador es una función logarítmica creciente de la distancia. Esto significa que es una función de la distancia que aumenta muy lentamente.
