¿Por qué usamos tierra?

Me he estado preguntando esto por un tiempo, así que hice algunas excavaciones y, como de costumbre, Wikipedia fue la más ilustrativa. Parece que el telégrafo fue la primera vez que se introdujo la tierra para completar un circuito. Parecía haber sido una buena idea ahorrar cable si no fuera por el hecho de que la tierra tendrá mucha más resistencia, por lo que, en general, necesitará mucha más energía para que la electricidad fluya.

Esto estaba bien para la telegrafía, pero para cualquier otra cosa, parece tener más problemas de lo que vale.

He leído el argumento para un "punto de referencia" en la medición de voltajes absolutos. Esa es la solución a un problema artificial. Los voltajes solo son significativos como diferencias potenciales. Por lo tanto, mide las diferencias potenciales, no elige un marco de referencia sin sentido.

En cuanto al argumento de seguridad, parece que estaríamos mucho más seguros sin el sistema de puesta a tierra. Si no se usó tierra para completar el circuito, la electricidad generalmente tendría que razonar para viajar a través de una persona a tierra. Esto reduciría el riesgo de electrocución al requerir que alguien toque ambos cables para recibir una descarga eléctrica en lugar de solo el caliente. El cable a tierra parece ser una medida de seguridad tomada para evitar un problema innecesario.

En cuanto a los sistemas de bajo voltaje, el suelo crea una fuente innecesaria de ruido. Por lo que puedo decir, el suelo actuaría como una batería gigante inestable + antena. Cualquier diferencia de ph en el suelo significaría una compensación de CC, dependiendo de la diferencia en la acidez del agua y las composiciones minerales en los dos puntos del suelo.

Usar la tierra para completar el circuito para señales de radio significa resistencia innecesaria en un circuito. Su calidad está a merced de su elección en el suelo en lugar del diseño de su circuito.

Probablemente haya problemas que me perdí, pero realmente me pregunto si hay algunas ventajas realmente sensibles que me perdí.

¿Alguien sabe la historia / filosofía de usar tierra para completar circuitos?

La conexión a tierra o las referencias se usan cuando se usa porque la larga experiencia ha demostrado que es la mejor opción en la práctica. "Reinventar la" rueda "de puesta a tierra puede tener su lugar en algunos casos, pero generalmente no. En muchos casos, hay aspectos competitivos, pero el mejor resultado general se obtiene al utilizar el terreno. Los sistemas de distribución de energía son uno de esos ejemplos.

Los sistemas de tensión de red o de red serían más seguros si el sistema no tuviera referencia a tierra, y este es el principio de que los "transformadores de aislamiento" de seguridad se utilizan PERO en el momento en que una falla conecta a tierra una parte del sistema en cualquier parte de un circuito. Todo el sistema se vuelve letalmente peligroso para los usuarios.

Tenga en cuenta que SOLO UNA herramienta debe usarse con un transformador de aislamiento, y el transformador debe ubicarse cerca de la herramienta. El uso de cables largos después del transformador y dos o más herramientas conlleva el riesgo de una falla a tierra en una herramienta o cableado, dejando a la otra desprotegida.

La dificultad para mantener un sistema aislado es en la práctica (que es lo que cuenta) mucho más difícil que los problemas causados ​​por la conexión a tierra. Algunos sistemas de energía a bordo tienen ambos conductores flotando en relación con el suelo del barco (= potencial de agua de mar cuando está flotando en agua salada) PERO y la falla a tierra es peligrosa, como se indicó anteriormente, y se hace un gran esfuerzo para localizar y eliminar cualquier falla a tierra. En un sistema basado en tierra que no estaba referenciado a tierra, cualquier falla a tierra en la misma fase afectaría a todos los usuarios en la misma fase. Por lo tanto, toda una calle de casas puede verse afectada por una falla en un circuito de una casa.

Una vez que tenga un sistema de referencia a tierra, los aspectos de seguridad de detección y gestión para circuitos individuales se manejan fácilmente. Las carcasas conectadas a tierra brindan protección y detección, las corrientes de falla fluyen a tierra y pueden ser "alentadas" para permitir una fácil terminación de falla (fusibles) o detectadas a muy bajo nivel (ELCB / GFI). Las referencias a tierra son positivas en general en los sistemas eléctricos domésticos.

Pocos sistemas modernos usan tierra como conductor real.
Swer ( S ingle W ire E Arth R sistemas eturn) de potencia se utilizan mucho en un tiempo y todavía se utilizan en algunos sistemas rurales. Vi uno aquí (NZ) hace unos meses, pero son raros. De hecho, son muy útiles y rentables, pero generalmente se eliminan por razones que a menudo no tienen sentido técnico. El costo de proporcionar una conexión a tierra lo suficientemente buena en cada extremo es, en la mayoría de los casos, bajo en comparación con el costo de muchos kilómetros de agregar un conductor adicional.

Línea SWER de 19 kV:

Wikipedia SWER

SWER slidehow - bueno

Video SWER - NZ

Excelente presentación de diapositivas / tutorial SWER

SWER - Experiencia australiana con aplicación para uso en países en desarrollo

SWER - Wikipedia

Las señales de RF a menudo se "lanzan" como señales desequilibradas contra una imagen fantasma reflejada en el suelo. Un radiador vertical de cuarto de onda típico tiene una imagen implícita reflejada en el plano de tierra. Las altas torres de las estaciones de radiodifusión de AM casi todos usan este sistema. Existen economías en los materiales utilizados en comparación con el dipolo u otras antenas, el patrón de radiación es omnidireccional y los ángulos de radiación son adecuados para las comunicaciones de onda directa: la mayoría de las audiencias están cerca del transmisor para las estaciones de transmisión de AM.

• Las antenas de los receptores de TV (los diseños tradicionales de Yagi) y las estaciones de transmisión de larga distancia utilizadas para noticias intercontinentales, etc. a menudo utilizan antenas de haz o similares. La antena HRH delta Loop sin referencia a tierra fue desarrollada especialmente para y a partir de tales aplicaciones.

En los sistemas que necesitan conexión a tierra, se han desarrollado técnicas para proporcionar terrenos que sean adecuadamente buenos para minimizar adecuadamente los efectos de las condiciones locales. La tierra propiamente dicha es esencialmente de resistencia cero, ya que tiene un tamaño sensiblemente infinito. Conectar el terreno local con el terreno real es el desafío y los métodos y necesidades se entienden bien para cada aplicación relevante.

Estás haciendo un montón de suposiciones incorrectas. Algunos sistemas de transmisión de energía muy antiguos sí utilizaron la tierra como uno de los conductores, pero no es así como se hacen las cosas hoy, al menos no sistemas nuevos.

De lo contrario, supones que las cosas siempre están conectadas a tierra cuando esto no es cierto. Aquí en los Estados Unidos, la alimentación de energía a una casa está flotando. Es desde el secundario de un transformador de una de las tres fases. El secundario es de 220 V con un grifo central. La mayoría de los circuitos se ejecutan entre un extremo y la toma central para obtener 110 V. Los circuitos de alta potencia, como cocinas eléctricas o secadoras, están conectados a todo el secundario y, por lo tanto, son de 220 V.

Mientras que los tres cables del secundario del transformador están flotando, la toma central está deliberadamente conectada a tierra en la casa. Esto es en parte para lidiar con el aligeramiento y evitar una gran acumulación de estática. Sin la conexión a tierra, todo el circuito podría cargar hasta un alto voltaje en relación con la tierra. En una tormenta eléctrica, esto podría ser particularmente malo, incluso sin un golpe directo.

Cuando dices "tierra", realmente debes distinguir entre tierra física y tierra de circuito. La tierra terrestre es lo que parece, una conexión directa con la tierra. La tierra del circuito realmente no tiene nada que ver necesariamente con la tierra real. Es solo el nombre que le damos al nodo en el circuito que consideramos la referencia de 0 V para los otros nodos. Esto es principalmente por conveniencia.

La radio es un tema completamente diferente nuevamente. Las ondas de radio no completan un circuito, al menos no en el caso normal general cuando estás en el campo lejano. La tierra se usa en radios como referencia para la antena, y algunas veces como un espejo para hacer que una antena pequeña se vea más grande. A veces esa tierra es tierra, pero a menudo no, y ciertamente no tiene que ser así.

Noté este sitio en mi búsqueda para encontrar la primera vez que alguien decidió conectar a tierra y red de suministro eléctrico. Las razones para la conexión a tierra o la conexión a tierra son al menos 3 veces las que he encontrado al estudiar la electricidad:

1 Construcción estática desde arriba, especialmente en suministros aéreos. La acumulación de electricidad estática en los cables aéreos del viento, etc. que, por supuesto, están directamente conectados a los electrodomésticos le daría a alguien un impacto desagradable por parte de un elemento tostador a través de una persona a tierra.

2Fenómenos de tierra arqueada. Leí en un documento antiguo sobre el sistema de suministro temprano en Wisconsin. Muchas referencias en la red a Arcing Ground. Pero, como lo entiendo en los primeros sistemas sin conexión a tierra, se notó que cuando un conductor de fase cae al suelo y se levanta nuevamente, se dibuja un arco inesperadamente. Se ha dado cuenta de que una vez que un cable contacta a tierra, se forma un circuito completo involuntario a través de la capacitancia entre otras fases y la tierra ahora conectada. A veces se forma un circuito cercano al resonante que causa voltajes muy altos entre las otras fases y el conductor de tierra no intencionado que es peligroso. Al conectar los diversos niveles de voltaje del sistema de suministro a tierra, este problema de tierra de arco se elimina a medida que se acorta el acoplamiento capacitivo entre los conductores aéreos y la tierra.

3El suelo es un conductor. Por lo tanto, si en un sistema sin conexión a tierra se produce una falla de aislamiento de tal manera que una fase está conectada a tierra, la tierra se activa a ese voltaje, pero poco más sucede. Hasta que ocurra una segunda falla. Luego, la tierra conecta las dos fallas y pueden producirse corrientes altas y la activación accidental del equipo. es decir, una tostadora con su activo conectado a tierra en No 1 Main St puede conectarse a una lámpara en No 26 Main St con su activo también en cortocircuito a tierra. Encender la tostadora en el No 1 hará que la lámpara se ilumine en el No 26 y viceversa. Sin duda eso habría confundido a cualquier electricista. Al conectar el punto de estrella (Wye) del transformador de suministro a tierra, sabemos exactamente qué esperar de la tierra. Es un conductor neutral simplemente porque lo conectamos a la fuente neutral.

La referencia de voltaje es solo que al poner a tierra el punto de estrella, el voltaje a tierra se minimiza al voltaje de fase en lugar del voltaje de línea. Los sistemas SWER siguen siendo comunes en las zonas rurales de Australia. Algunas minas, fábricas y barcos funcionan con un sistema desenterrado. En este caso, los indicadores o relés están dispuestos de modo que si se produce una conexión a tierra, se indica o se alarma de inmediato y el electricista de servicio encontrará y reparará la falla (con suerte) antes de que se produzca una segunda conexión a tierra. La ventaja es que el sistema puede experimentar una falla y no dispararse, manteniendo el suministro y la producción. Siempre que la falla se aísle y repare rápidamente. ¿Alguien sabe quién y cuándo conectaron a tierra el sistema de suministro?

Vea el sistema eléctrico como nuestro sistema circulatorio, una línea de presión y una línea de retorno, positivo y negativo, caliente y neutro (un solo circuito) en el circuito más simple. El suelo solo debe usarse para seguridad.