7.4: Sistema de fuente de alimentación de tres hilos

La energía eléctrica a la mayoría de los edificios comerciales individuales y pequeños en Norteamérica se distribuye a través de un sistema monofásico de tres hilos de 120 V/240 V AC.

Mediante el uso de este método de distribución se obtienen varias ventajas:

• Los requisitos de corriente del conductor de cobre se pueden reducir.
• Dos voltajes diferentes (120 V y 240 V) están disponibles.
• La seguridad mejorada se establece a través de la conexión a tierra del neutro.

Conexiones de origen

Un circuito de tres hilos se logra conectando dos fuentes de 120 V en una configuración de ayuda en serie. El conductor tomado del punto común entre las dos fuentes se llama conductor neutro. Los conductores tomados de los dos puntos exteriores se denominan conductores de línea o calientes.

Como se muestra en la Figura\(\PageIndex{1}\):

• El voltaje medido línea a línea es de 240 V.
• El voltaje medido desde cualquiera de las líneas hasta el neutro es de 120 V.

Esto permite la conexión a cargas de 120 V (como iluminación) o cargas de 240 V (como gamas o secadoras de ropa). Ver Figura\(\PageIndex{2}\).

Figura\(\PageIndex{1}\): Circuito de tres hilos (CC BY-NC-SA; BC Industry Training Authority)

Tenga en cuenta que las polaridades mostradas en la Figura\(\PageIndex{1}\) cambian cada 120 de segundo para una fuente de alimentación de CA de 60 hercios.

Figura\(\PageIndex{2}\): Distribución de tres hilos (CC BY-NC-SA; BC Industry Training Authority)

Por razones de seguridad, es importante que los conductores de circuito se identifiquen por color:

• El aislamiento en los conductores de dos líneas suele ser negro (o a veces uno es negro y uno es rojo).
• El neutro siempre tiene aislamiento blanco.

El neutro también está conectado a tierra (directamente conectado a tierra) en la fuente de suministro.

Conexión a tierra del conductor neutro

La Tierra es un conductor de la electricidad. Por lo tanto, para reducir los peligros de descargas eléctricas y mejorar la seguridad, los sistemas de distribución eléctrica suelen tener uno de los conductores de circuito conectado a tierra, o como decimos, a tierra.

En la mayoría de los sistemas eléctricos, el conductor neutro está conectado a tierra en el suministro conectándolo directamente a la Tierra por otro conductor (llamado conductor de tierra del sistema) o por un electrodo. Si bien poner a tierra los sistemas de distribución eléctrica es un tema elaborado, considere el siguiente ejemplo simplificado.

Ejemplo

El propósito fundamental de la conexión a tierra es proteger contra choques eléctricos y riesgos de incendio. Pero ¿qué hace que un sistema eléctrico a tierra sea más seguro? Considere un sistema de cableado de 120 V/240 V sin conexión a tierra con falla, como se muestra en la Figura\(\PageIndex{3}\). Teóricamente, si se produce una falla de aislamiento en un equipo (para que un conductor de línea haga contacto accidental con el marco metálico), no debería pasar nada. Sin embargo, si se produce una conexión a tierra accidental y una persona entra en contacto con el equipo defectuoso y la tierra, esa persona experimentará un choque de 240 V (el voltaje de línea a línea).

Figura\(\PageIndex{3}\): Fallo accidental en un sistema de cableado sin conexión a tierra (CC BY-NC-SA; BC Industry Training Authority)

Ahora mire el mismo sistema de cableado con el neutro puesto a tierra a propósito, como se muestra en la Figura\(\PageIndex{4}\).

Figura\(\PageIndex{4}\): Fallo accidental en un sistema de escritura neutral conectado a tierra (CC BY-NC-SA; BC Industry Training Authority)

Con el neutro puesto a tierra y la misma falla del equipo como se describió anteriormente, la persona que entra en contacto tanto con el marco metálico del equipo como con la Tierra experimentaría un choque de solo 120 V (que es el voltaje de línea a neutro). El voltaje de choque se ha reducido en un 50%.

Para minimizar aún más el peligro de choque, no solo el sistema de cableado está conectado a tierra, sino que también todas las partes metálicas del equipo que no transportan corriente se conectan a tierra mediante el uso de un conductor de unión. Este es un paso importante si se quiere lograr la máxima seguridad.

Como se muestra en la Figura\(\PageIndex{5}\), si el equipo también está conectado a tierra intencionalmente, entonces una condición de falla de línea a trama ofrece una trayectoria de baja resistencia para el flujo de corriente de regreso al neutro del sistema. Esencialmente, se trata de un cortocircuito de línea a neutro, que hace que el dispositivo de sobrecorriente del circuito se disconecte, eliminando así el peligro de choque del sistema.

Figura\(\PageIndex{5}\): Un sistema de cableado correctamente conectado a tierra (CC BY-NC-SA; BC Industry Training Authority)

Aunque los sistemas de cableado correctamente conectados a tierra no eliminan el peligro de choque, ¡ciertamente reducen las probabilidades de ser impactados!

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