TIERRA ELECTRICA

Definición

En Física, uno Tierra Eléctrico es un ente idealizado, capaz de suministrar o absorber la cantidad de carga eléctrica (partículas cargadas) que se haga(en) necesaria(s) a la situación sin, sin embargo, alterar cualesquiera de sus propiedades eléctricas, mostrándose siempre eléctricamente neutro al ambiente que lo cerca.

Conforme definido, lo Tierra Eléctrico (Ideal) es un ente utópico pues, por las Leyes del Eletromagnetismo, cualquier cuerpo inicialmente neutro que venga a adquirir o perder partículas igualmente cargadas acabará, obligatoriamente, eléctricamente cargado.
En la práctica se ha, sin embargo, excelente aproximación para tal ente: en virtud de su tamaño, forma y composición, y en acuerdo con las leyes del eletromagnetismo, el planeta Tierra se muestra para la mayoría de los casos - para no decirse en todos - como un excelente Tierra Eléctrico, siendo esto cierto en virtud de los siguientes factores:
- La Tierra presenta dimensiones y masa extravagantes cuando comparadas a la demás dimensiones y masas envueltas en los problemas eléctricos en consideración - a ejemplo, las dimensiones y masa de un laboratorio, o aún las de una tempestad.
- La Tierra es prácticamente esférica, y los materiales que a componen le conferem razonable condutividade eléctrica, siendo esta, para los casos prácticos en consideración, una "enorme esfera conductora".
- Conforme las leyes del eletromagnetismo, el equilibrio eletrostático de cargas en esferas conductoras exige que todas las cargas estén en su superficie, formando una distribución simétrica de cargas.
Las cargas permanecen EN La superficie, siendo este el principio de funcionamiento del Generador de Van de Graaff.
- En virtud de la cantidad de carga envuelta y de la extensión de la superficie terreste, la densidad superficial de cargas en la superficie de la Tierra será muy pequeña, aún en las situaciones reales donde enormes cantidades de carga son transferidas a la Tierra en virtud del fenómeno en consideración, lo que lleva a campos eléctricos desprezíveis en su superficie.
- La carga remanescente en un cuerpo inicialmente cargado después de contacto con la Tierra es - en prácticamente todas las situaciones - desprezível (nula), pues esta depende de la relación de tamaños (rayos) entre el objeto y la Tierra (matemáticamente visible al equalizar-si los potenciales de las dos "esferas").
- Conforme demostrado por Isaac Newton para el caso gravitacional - y en consecuencia para el tranvía, pues ambas fuerzas obedecen a la ley del inverso del cuadrado de la distancia -, distribuciones esféricamente simétricas de masa - o carga - se muestran para observadores externos a la misma como se toda la masa - o carga - estuviera concentrada en el centro de la referida esfera:
( vea que, en consecuencia, el rayo de la Tierra es usado en el cálculo de la aceleración de la gravedad en su superficie o el rayo de la esfera cargada en el cálculo del potencial eletrostático en la superficie de esta.)
la Tierra tiene un rayo de aproximadamente 6300 Km, de forma que cualquier carga eléctrica "aterrizada" si muestra para observadores en su superficie como si las mismas estuvieran a una distancia de aproximadamente 6300 Km de los mismos (una distancia muy considerable).
los efectos eléctricos producidos por las cargas adquiridas por la Tierra en puntos de observación en su superficie decaem no con la distancia pero sí con el cuadrado de esta, de forma que tales efectos se muestran totalmente desprezíveis en los citados puntos, siendo la Tierra, por lo tanto, esencialmente "neutra" para estos observadores.


De los itens expuestos se concluye que, esencialmente, no habrá carga remanescente en objetos (conductores) que, inicialmente cargados y mantenidos lejos de otros objetos cargados, encuéntrense, entonces, aterrizados, y que la Tierra se muestra esencialmente neutra a la estos observadores mismo después de recibir o ceder cargas eléctricas a los citados referenciais.
La Tierra satisface, por excelente aproximación, a todos los requisitos en la definición de uno Tierra Eléctrico, siendo por lo tanto excelente aproximación de uno Tierra Eléctrico para la gran mayoría de los fenómenos eléctricos que ocurren en su superficie (o por encima de ella).

Vale resaltar que, en acuerdo con la definición, un cuerpo conductor inicialmente cargado y alejado de otros cuerpos también eléctricamente cargados se hará eléctricamente neutro al entrar en contacto con lo Tierra Eléctrico. Sin embargo, si hubiera un cuerpo eléctricamente cargado (un indutor) próximo al conductor aterrizado, este no quedará neutro en virtud de un fenómeno eléctrico conocido por Eletrização por indução, fenómeno en el cual lo tierra eléctrico se muestra, ahora, indispensable para cargarse el cuerpo aterrizado (el inducido), que en el caso de la eletrização por indução se encontraría, antes, neutro.

Hilo Tierra

Archivo:Electric ground symbol.png

Símbolo de tierra

ES el conductor eléctrico (hilo) cuya función es conectar a la Tierra - o sea, al Tierra Eléctrico - todos los dispositivos que necesiten utilizar su potencial como referencia o valerse de sus propiedades eléctricas.
El hilo tierra, una vez que se encuentra siempre neutro y (teóricamente) presente en todo circuitoeléctrico, es siempre tomado como punto de referencia para la medida de potênciais, siendo a él atribuido, entonces, el potencial de cero volts. La necesidad de tal referencia se fundamenta en el hecho físico de no haber, a rigor, sentido en el término "potencial eléctrico de un punto", pues, en Física, se define sólo la diferencia de potencial (ddp) entre dos puntos.
Al hablarse en potencia de un punto subentende-si implícitamente la diferencia de potencial entre el punto en cuestión y un punto de referencia previamente escogido, al cual usualmente se atribuye el potencial de cero volts. A rigor cualquier punto del circuito puede ser tomado como referencia para la medida de potenciales de los demás puntos, pero, visiblemente, lo tierra eléctrico es, en prácticamente todos los casos, la mejor opción.
En sistemas de potencia, lo tierra posee las funciones de:

• Referencia eléctrica para la tensión,
• Referencia para sistemas de protección,
• Escoamento de exceso de carga (y energía), proveniente de sobrecargas y sobretensões (a través de supressores de surto),
• Protección de personal y equipamientos, por equipotencialização del suelo,
• Transmisión de energía en modo monopolar, como en transmisión en corriente continua o distribución rural.

Se dice que un dispositivo está "aterrizado" cuando está conectado al conductor designado a la función de aterramento - lo tierra del circuito.
El término tierra es, a veces, usado como sinônimo de referencial de un circuito, aunque en ese caso no haya conexión directa al suelo.

Masa

ES cualquier cuerpo conductor de electricidad que no haya necesariamente función eléctrica/electrónica en el circuito, siendo normalmente conectado al tierra por motivos de seguridad.

Sistemas de aterramento

Un sistema de aterramento es un conjunto de conductores enterrados, cuyo objetivo es realizar el contacto entre el circuito y el suelo con la más pequeña impedância posible. Los sistemas más comunes son hastes cravadas verticalmente, conductores horizontais o un conjunto de ambos.
La forma de aterramento más completa es la malla de tierra, compuesta de conductores horizontais formando un cuadriculado, con hastes cravadas en puntos estratégicos. Las mallas son ampliamente usadas en subestações. Además de las funciones descritas anteriormente, las mallas de tierra deben asegurar que los niveles de tensión de toque y de paso sean inferiores al riesgo de muerte por choque.
El copperweld es un material típico en sistemas de aterramento, consistiendo en una alma de acero revestida por una capa de cubre. Como formas de conexión son usadas conexiones mecánicas y soldas de campo, estas siendo las más recomendadas.
Un aterramento bien proyectado posee una impedância típica entre 1 y 10 Ω, encontrándose en grandes subestações valores bien abajo de 1 Ω. En ciertas locações, como en suelos muy secos o rochosos, es prácticamente imposible alcanzar estos valores, en el cual el projetista debe convivir y trazar alternativas.
La resistencia de aterramento es muy dependiente de la constitución del suelo, su humedad y temperatura, pontanto puede presentar grandes variaciones al largo del año. Aún, presiones debido a equipamientos pesados y hasta abalos sísmicos pueden romper los cabos del sistema de aterramento, siendo necesario inspecciones regulares.
La resistencia de aterramento también puede presentar variaciones de acuerdo con la frecuencia e intensidad de las corrientes injetadas, como por ejemplo, para corrientes de corriente continua, la frecuencia industrial o el alta frecuencia^[1], comunente presentes en descargas atmosféricas. Niveles elevados de energía en un aterramento puede provocar fenómenos de ionização del suelo (habiendo similaridade al efecto corona), además del calentamiento natural de los cabos y de las juntas.

Esquemas de aterramento

Según la norma brasileña NBR 5410, que trata de instalaciones eléctricas de baja tensión, existen los siguientes esquemas de aterramento:

• TN-S - Esquema en que los conductores de protección eléctrica (tierra) y neutro se encuentran conectados en un mismo punto en la alimentación del circuito, sin embargo distribuidos de forma independiente por toda la instalación.

• TN-C-S - Esquema en que los conductores de protección eléctrica (tierra) y neutro se encuentran conectados en un mismo punto en la alimentación del circuito y distribuidos en parte de la instalación por un único conductor (que combina las funciones de neutro y tierra) y en otra parte de esta misma instalación a través de dos conductores distinguidos.

• TN-C - Esquema en que los conductores de protección eléctrica (tierra) y neutro se encuentran conectados en un mismo punto en la alimentación del circuito y distribuidos por un único conductor, combinando las funciones de neutro y tierra por toda la instalación.

• TT - Esquema en que el conductor neutro es aterrizado en un electrodo distinguido del electrodo destinado al conductor de protección eléctrica. De esta forma las masas del sistema eléctrico están aterrizadas en un electrodo de aterramento eléctricamente distinguido del electrodo de aterramento de la alimentación.

• IT - Esquema en que las partes vivas son aisladas de la tierra o el punto de alimentación es aterrizado a través de una impedância. Las masas son aterrizadas o en electrodos distinguidos para cada una de ellas, o en un electrodo común para todas ellas o aún partilhar del mismo electrodo de aterramento de la alimentación, sin embargo no pasando por la impedância.

Necesidad de aterramento

Las cargas eléctricas pueden ser negativas o positivas y siempre buscan un camino para encontrar cargas contrarias. La circulación de esas cargas eléctricas, a través de una conexión a la tierra, evita que la corriente eléctrica circule por las personas, evitando que ellas sufran choques eléctricos. La existencia de un adecuado sistema de aterramento también puede minimizar los daños en equipamientos, en casos de corto-circuitos.
Todo circuitoeléctrico bien proyectado y ejecutado debe tener un sistema de aterramento. Un sistema de aterramento adecuadamente proyectado e instalado minimiza los efectos destrutivos de descargas eléctricas (y eletrostáticas) en equipamientos eléctricos, además de proteger los usuarios de choques eléctricos^[2].
Para esto, las tomas son dotadas de tres pinos, dos de los cuales son fase o fase y neutro, y el tercero, aislado de los primeros, es lo tierra. El aspecto físico varía conforme el padrão. En los Estados Unidos, el padrão es dos pinos pesados y paralelos (fase y neutro) y un pino redondo (tierra). En Portugal, se usa el padrão europeo en que todos los pinos son redondos. En el Brasil, existe un nuevo padrão en fase de implantación, con todos los pinos redondos, aunque diferente del padrão europeo. El padrão americano aún es ampliamente usado en el Brasil, aunque las normas prevean su sustitución los próximos años.
Un error muy común es la conexión del hilo tierra al neutro que tiene función diferente. Este procedimiento, en vez de proteger, puede agravar los riesgos.