Tierra (electricidad)

Un electrodo de tierra típico (izquierda de tubo gris), que consiste en una vara conductiva llevada al suelo, en un hogar en Australia. La mayoría de los códigos eléctricos especifican que el aislamiento en los conductores de tierra protectores debe ser un color distintivo (o combinación de color) no utilizado para ningún otro propósito.

En ingeniería eléctrica, tierra o tierra es un punto de referencia en un circuito eléctrico a partir del cual se miden los voltajes, una ruta de retorno común para la corriente eléctrica o una conexión física directa. conexión con la Tierra.

Los circuitos eléctricos pueden estar conectados a tierra por varias razones. Las partes conductoras expuestas del equipo eléctrico están conectadas a tierra para proteger a los usuarios del riesgo de descarga eléctrica. Si falla el aislamiento interno, pueden aparecer voltajes peligrosos en las partes conductoras expuestas. Conectar las partes expuestas a tierra permitirá que los disyuntores (o RCD) interrumpan el suministro de energía en caso de falla. En los sistemas de distribución de energía eléctrica, un conductor de tierra de protección (PE) es una parte esencial de la seguridad proporcionada por el sistema de puesta a tierra.

La conexión a tierra también limita la acumulación de electricidad estática cuando se manipulan productos inflamables o dispositivos sensibles a la electricidad estática. En algunos circuitos de transmisión de energía y telégrafos, la tierra misma se puede usar como un conductor del circuito, ahorrando el costo de instalar un conductor de retorno separado (ver retorno a tierra de un solo cable y telégrafo de retorno a tierra).

Para propósitos de medición, la Tierra sirve como una referencia potencial (razonablemente) constante contra la cual se pueden medir otros potenciales. Un sistema de puesta a tierra eléctrico debe tener una capacidad de conducción de corriente adecuada para servir como un nivel de referencia de voltaje cero adecuado. En la teoría de circuitos electrónicos, una "tierra" generalmente se idealiza como una fuente o sumidero infinito de carga, que puede absorber una cantidad ilimitada de corriente sin cambiar su potencial. Cuando una conexión a tierra real tiene una resistencia significativa, la aproximación de potencial cero ya no es válida. Se producirán efectos de tensión parásita o aumento del potencial de tierra, lo que puede crear ruido en las señales o producir un riesgo de descarga eléctrica si es lo suficientemente grande.

El uso del término tierra (o tierra) es tan común en las aplicaciones eléctricas y electrónicas que se puede decir que los circuitos de los dispositivos electrónicos portátiles, como teléfonos móviles y reproductores multimedia, así como los circuitos de los vehículos, tienen un "suelo" o conexión a tierra del chasis sin ninguna conexión real a tierra, a pesar de que "común" siendo un término más apropiado para tal conexión. Por lo general, es un conductor grande conectado a un lado de la fuente de alimentación (como el "plano de tierra" en una placa de circuito impreso), que sirve como ruta de retorno común para la corriente de muchos componentes diferentes en el circuito..

Historia

Los sistemas de telégrafo electromagnético de larga distancia a partir de 1820 utilizaron dos o más cables para transportar la señal y las corrientes de retorno. Fue descubierto por el científico alemán Carl August Steinheil en 1836-1837, que la tierra podría usarse como ruta de retorno para completar el circuito, haciendo innecesario el cable de retorno. Steinheil no fue el primero en hacer esto, pero no estaba al tanto de trabajos experimentales anteriores, y fue el primero en hacerlo en un telégrafo en servicio, dando así a conocer el principio a los ingenieros de telégrafos en general. Sin embargo, hubo problemas con este sistema, ejemplificado por la línea de telégrafo transcontinental construida en 1861 por Western Union Company entre St. Joseph, Missouri y Sacramento, California. Durante el clima seco, la conexión a tierra a menudo desarrollaba una alta resistencia, lo que requería que se vertiera agua en la varilla de tierra para permitir que el telégrafo funcionara o que los teléfonos suenen.

A fines del siglo XIX, cuando la telefonía comenzó a reemplazar a la telegrafía, se descubrió que las corrientes en la tierra inducidas por los sistemas de energía, los ferrocarriles eléctricos, otros circuitos telefónicos y telegráficos y fuentes naturales, incluidos los rayos, causaban interferencias inaceptables en el audio. y las señales de dos hilos o 'circuito metálico' El sistema se reintrodujo alrededor de 1883.

Instalaciones de cableado de edificios

Los sistemas de distribución de energía eléctrica a menudo se conectan a tierra para limitar el voltaje que puede aparecer en los circuitos de distribución. Un sistema de distribución aislado de tierra puede alcanzar un alto potencial debido a voltajes transitorios causados por electricidad estática o contacto accidental con circuitos de mayor potencial. Una conexión a tierra del sistema disipa dichos potenciales y limita el aumento de voltaje del sistema conectado a tierra.

En una instalación de cableado de red eléctrica (alimentación de CA), el término conductor de tierra generalmente se refiere a dos conductores o sistemas de conductores diferentes, como se indica a continuación:

Los conductores de unión de equipos o conductores de conexión a tierra de equipos (EGC) proporcionan una ruta de baja impedancia entre las partes metálicas del equipo que normalmente no transportan corriente y uno de los conductores de ese sistema eléctrico. 39; fuente s. Si alguna parte metálica expuesta se energiza (falla), por ejemplo, debido a un aislador deshilachado o dañado, se crea un cortocircuito, lo que provoca que el dispositivo de sobrecorriente (disyuntor o fusible) se abra, eliminando (desconectando) la falla. Es importante señalar que esta acción se produce independientemente de que exista una conexión con el suelo físico (tierra); la tierra en sí no tiene ningún papel en este proceso de eliminación de fallas ya que la corriente debe regresar a su fuente; sin embargo, las fuentes están muy frecuentemente conectadas a la tierra física (tierra). (ver leyes de circuito de Kirchhoff). Al unir (interconectar) todos los objetos metálicos expuestos que no transportan corriente, así como a otros objetos metálicos como tuberías o acero estructural, deben permanecer cerca del mismo potencial de voltaje, lo que reduce la posibilidad de una descarga. Esto es especialmente importante en los baños donde uno puede estar en contacto con varios sistemas metálicos diferentes, como tuberías de suministro y drenaje y marcos de electrodomésticos. Cuando un sistema conductivo se va a conectar eléctricamente a la tierra física (tierra), se coloca el conductor de unión del equipo y el conductor del electrodo de puesta a tierra al mismo potencial (por ejemplo, consulte §Tubería de agua metálica como electrodo de puesta a tierra a continuación).

Tubo de agua de metal utilizado como electrodo de tierra

A electrodo de puesta a tierra (GEC) se utiliza para conectar el conductor puesto a tierra ("neutro") del sistema, o el equipo a un electrodo de puesta a tierra, o a un punto en el sistema de electrodos de puesta a tierra. Esto se denomina "conexión a tierra del sistema" y la mayoría de los sistemas eléctricos deben estar conectados a tierra. El NEC de EE. UU. y el BS 7671 del Reino Unido enumeran los sistemas que deben estar conectados a tierra. Según el NEC, el propósito de conectar un sistema eléctrico a la tierra física (tierra) es limitar el voltaje impuesto por los rayos y el contacto con líneas de mayor voltaje. En el pasado, las tuberías de suministro de agua se usaban como electrodos de puesta a tierra, pero debido al mayor uso de tuberías de plástico, que son malas conductoras, las autoridades reguladoras a menudo exigen el uso de un electrodo de puesta a tierra específico. El mismo tipo de tierra se aplica a las antenas de radio y a los sistemas de protección contra rayos.

El equipo eléctrico instalado de forma permanente, a menos que no sea necesario, tiene conductores de puesta a tierra conectados de forma permanente. Los dispositivos eléctricos portátiles con carcasas metálicas pueden tenerlos conectados a tierra mediante una clavija en el enchufe de conexión (consulte Enchufes y enchufes de alimentación de CA domésticos). El tamaño de los conductores de puesta a tierra de energía generalmente está regulado por las regulaciones de cableado locales o nacionales.

Vínculos

Estrictamente hablando, los términos conexión a tierra o conexión a tierra se refieren a una conexión eléctrica a tierra. La vinculación es la práctica de conectar eléctricamente intencionalmente elementos metálicos que no están diseñados para transportar electricidad. Esto hace que todos los elementos unidos tengan el mismo potencial eléctrico que una protección contra descargas eléctricas. Luego, los elementos unidos se pueden conectar a tierra para eliminar los voltajes extraños.

Sistemas de puesta a tierra

En los sistemas de suministro de electricidad, un sistema de conexión a tierra define el potencial eléctrico de los conductores en relación con el de la superficie conductora de la Tierra. La elección del sistema de puesta a tierra tiene implicaciones para la seguridad y la compatibilidad electromagnética de la fuente de alimentación. Las regulaciones para los sistemas de puesta a tierra varían considerablemente entre los diferentes países.

Una conexión a tierra funcional sirve más que para proteger contra descargas eléctricas, ya que dicha conexión puede transportar corriente durante el funcionamiento normal de un dispositivo. Dichos dispositivos incluyen supresión de sobretensiones, filtros de compatibilidad electromagnética, algunos tipos de antenas y varios instrumentos de medición. Generalmente, el sistema de tierra de protección también se usa como tierra funcional, aunque esto requiere cuidado.

Puesta a tierra por impedancia

Los sistemas de distribución de energía pueden estar sólidamente conectados a tierra, con un conductor de circuito conectado directamente a un sistema de electrodos de conexión a tierra. Alternativamente, se puede conectar cierta cantidad de impedancia eléctrica entre el sistema de distribución y tierra, para limitar la corriente que puede fluir a tierra. La impedancia puede ser una resistencia o un inductor (bobina). En un sistema puesto a tierra de alta impedancia, la corriente de falla se limita a unos pocos amperios (los valores exactos dependen de la clase de voltaje del sistema); un sistema puesto a tierra de baja impedancia permitirá que fluyan varios cientos de amperios en una falla. Un gran sistema de distribución sólidamente conectado a tierra puede tener miles de amperios de corriente de falla a tierra.

En un sistema de CA polifásico, se puede usar un sistema de puesta a tierra neutro artificial. Aunque ningún conductor de fase está conectado directamente a tierra, un transformador construido especialmente (un transformador en 'zig zag') bloquea la corriente de frecuencia de potencia para que no fluya a tierra, pero permite que cualquier fuga o corriente transitoria fluya a tierra.

Los sistemas de puesta a tierra de baja resistencia utilizan una resistencia de puesta a tierra neutra (NGR) para limitar la corriente de falla a 25 A o más. Los sistemas de puesta a tierra de baja resistencia tendrán una clasificación de tiempo (por ejemplo, 10 segundos) que indica cuánto tiempo la resistencia puede soportar la corriente de falla antes de sobrecalentarse. Un relé de protección contra fallas a tierra debe disparar el interruptor para proteger el circuito antes de que ocurra el sobrecalentamiento de la resistencia.

Los sistemas de conexión a tierra de alta resistencia (HRG) utilizan un NGR para limitar la corriente de falla a 25 A o menos. Tienen una clasificación continua y están diseñados para operar con una falla a tierra única. Esto significa que el sistema no se disparará inmediatamente en la primera falla a tierra. Si ocurre una segunda falla a tierra, un relé de protección de falla a tierra debe disparar el interruptor para proteger el circuito. En un sistema HRG, se usa una resistencia de detección para monitorear continuamente la continuidad del sistema. Si se detecta un circuito abierto (p. ej., debido a una soldadura rota en el NGR), el dispositivo de monitoreo detectará el voltaje a través de la resistencia de detección y disparará el interruptor. Sin una resistencia de detección, el sistema podría continuar funcionando sin protección a tierra (ya que una condición de circuito abierto enmascararía la falla a tierra) y podrían ocurrir sobrevoltajes transitorios.

Sistemas sin conexión a tierra

Donde el peligro de descarga eléctrica es alto, se pueden usar sistemas de alimentación especiales sin conexión a tierra para minimizar la posible fuga de corriente a tierra. Los ejemplos de tales instalaciones incluyen áreas de atención al paciente en hospitales, donde el equipo médico está directamente conectado a un paciente y no debe permitir que ninguna corriente de la línea eléctrica pase al cuerpo del paciente. Los sistemas médicos incluyen dispositivos de monitoreo para advertir sobre cualquier aumento de corriente de fuga. En sitios de construcción húmedos o en astilleros, se pueden proporcionar transformadores de aislamiento para que una falla en una herramienta eléctrica o su cable no exponga a los usuarios a peligro de descarga eléctrica.

Los circuitos utilizados para alimentar equipos de producción de audio/video sensibles o instrumentos de medición pueden alimentarse desde un sistema de energía técnico aislado sin conexión a tierra para limitar la inyección de ruido del sistema de energía.

Transmisión de potencia

En los sistemas de distribución eléctrica de CA de retorno a tierra de un solo cable (SWER), los costos se ahorran al usar un solo conductor de alto voltaje para la red eléctrica, mientras se enruta la corriente de retorno de CA a través de la tierra. Este sistema se usa principalmente en áreas rurales donde las grandes corrientes de tierra no causarán peligros.

Algunos sistemas de transmisión de energía de corriente continua de alto voltaje (HVDC) utilizan la tierra como segundo conductor. Esto es especialmente común en esquemas con cables submarinos, ya que el agua de mar es un buen conductor. Los electrodos de puesta a tierra enterrados se utilizan para hacer la conexión a tierra. El sitio de estos electrodos debe elegirse con cuidado para evitar la corrosión electroquímica en las estructuras subterráneas.

Una preocupación particular en el diseño de subestaciones eléctricas es el aumento del potencial de tierra. Cuando se inyectan corrientes de falla muy grandes en la tierra, el área alrededor del punto de inyección puede elevarse a un alto potencial con respecto a los puntos distantes. Esto se debe a la limitada conductividad finita de las capas de suelo en la tierra de la subestación. El gradiente de voltaje (el cambio de voltaje a lo largo de la distancia hasta el punto de inyección) puede ser tan alto que dos puntos en el suelo pueden tener potenciales significativamente diferentes. Este gradiente crea un peligro para cualquiera que esté parado sobre la tierra en un área de la subestación eléctrica que no esté suficientemente aislada de tierra. Las tuberías, los rieles o los cables de comunicación que ingresan a una subestación pueden ver diferentes potenciales de tierra dentro y fuera de la subestación, lo que crea un voltaje de contacto peligroso para las personas desprevenidas que podrían tocar esas tuberías, rieles o cables. Este problema se alivia creando un plano de conexión equipotencial de baja impedancia instalado de acuerdo con IEEE 80, dentro de la subestación. Este plano elimina los gradientes de voltaje y asegura que cualquier falla se elimine dentro de tres ciclos de voltaje.

Electrónica

Signal tierra		Chassis tierra		Tierra tierra

Signaturas de tierra

Las conexiones a tierra sirven como rutas de retorno para las señales y la alimentación (a voltajes muy bajos, menos de 50 V) dentro del equipo y en las interconexiones de señal entre equipos. Muchos diseños electrónicos cuentan con un único retorno que actúa como referencia para todas las señales. Las conexiones a tierra de alimentación y señal a menudo se conectan, generalmente a través de la carcasa metálica del equipo. Los diseñadores de placas de circuito impreso deben tener cuidado en el diseño de los sistemas electrónicos para que las corrientes de alta potencia o de conmutación rápida en una parte del sistema no inyecten ruido en las partes sensibles de bajo nivel de un sistema debido a alguna impedancia común en la conexión a tierra. rastros del diseño.

Tierra del circuito vs tierra

El voltaje se define como la diferencia de potenciales eléctricos entre puntos en un campo eléctrico. Se utiliza un voltímetro para medir la diferencia de potencial entre un punto y un punto de referencia. Este punto de referencia común se denomina "tierra" y se considera que tiene potencial cero. Las señales se definen con respecto a la tierra de la señal, que puede estar conectada a una tierra de alimentación. Un sistema en el que la tierra del sistema no está conectada a otro circuito oa tierra (en el que todavía puede haber un acoplamiento de CA entre esos circuitos) a menudo se denomina tierra flotante o con doble aislamiento.

Razones funcionales

Algunos dispositivos requieren una conexión a la masa de tierra para funcionar correctamente, a diferencia de cualquier función puramente protectora. Dicha conexión se conoce como conexión a tierra funcional; por ejemplo, algunas estructuras de antena de longitud de onda larga requieren una conexión a tierra funcional, que generalmente no debe conectarse indiscriminadamente a la conexión a tierra de protección del suministro, ya que la introducción de frecuencias de radio transmitidas en la red de distribución eléctrica es a la vez ilegal y potencialmente peligroso. Debido a esta separación, normalmente no se debe confiar en una base puramente funcional para realizar una función de protección. Para evitar accidentes, dichas tierras funcionales normalmente se cablean con cable blanco o crema, y no con verde o verde/amarillo.

Separación de tierra de baja señal de una tierra ruidosa

En estaciones de televisión, estudios de grabación y otras instalaciones donde la calidad de la señal es crítica, una conexión a tierra de señal especial conocida como "conexión a tierra técnica" (o "tierra técnica", "tierra especial" y "tierra de audio") a menudo se instala para evitar bucles de tierra. Esto es básicamente lo mismo que una conexión a tierra de alimentación de CA, pero no se permite ninguna conexión a los cables de conexión a tierra de electrodomésticos generales, ya que pueden tener interferencias eléctricas. Por ejemplo, solo el equipo de audio está conectado a la tierra técnica en un estudio de grabación. En la mayoría de los casos, los bastidores metálicos del equipo del estudio están todos unidos con cables de cobre pesados (o tubos de cobre aplanados o barras colectoras) y se realizan conexiones similares a la tierra técnica. Se tiene mucho cuidado de que no se coloquen dispositivos generales conectados a tierra del chasis en los bastidores, ya que una única conexión a tierra de CA a la tierra técnica destruiría su eficacia. Para aplicaciones especialmente exigentes, la conexión a tierra técnica principal puede consistir en un tubo de cobre pesado, si es necesario instalado perforando varios pisos de hormigón, de modo que todas las conexiones a tierra técnicas puedan conectarse por el camino más corto posible a una barra de conexión a tierra en el sótano.

Antenas de radio

Ciertos tipos de antenas de radio (o sus líneas de alimentación) requieren una conexión a tierra. Dado que las frecuencias de radio de la corriente en las antenas de radio son mucho más altas que la frecuencia de 50/60 Hz de la línea eléctrica, los sistemas de conexión a tierra de radio utilizan principios diferentes a los de la conexión a tierra de alimentación de CA. El "tercer cable" Las conexiones a tierra de seguridad en el cableado del edificio de servicios públicos de CA no fueron diseñadas y no pueden usarse para este propósito. Los cables de tierra de servicios públicos largos tienen una alta impedancia en ciertas frecuencias. En el caso de un transmisor, la corriente RF que fluye a través de los cables de tierra puede radiar interferencias de radiofrecuencia e inducir voltajes peligrosos en las partes metálicas puestas a tierra de otros aparatos, por lo que se utilizan sistemas de tierra separados.

Las antenas monopolares que funcionan a frecuencias más bajas, por debajo de 20 MHz, utilizan la Tierra como parte de la antena, como plano conductor para reflejar las ondas de radio. Estos incluyen la antena T y L invertida, la antena paraguas y el radiador de mástil utilizado por las estaciones de radio AM. La línea de alimentación del transmisor está conectada entre la antena y la tierra, por lo que requiere un sistema de conexión a tierra (puesta a tierra) debajo de la antena para hacer contacto con el suelo y recolectar la corriente de retorno. En transmisores de baja potencia y receptores de radio, la conexión a tierra puede ser tan simple como una o más varillas o estacas de metal clavadas en la tierra, o una conexión eléctrica a la tubería de agua de metal de un edificio que se extiende hacia la tierra. Sin embargo, en las antenas transmisoras, el sistema de tierra transporta toda la corriente de salida del transmisor, por lo que la resistencia de un contacto de tierra inadecuado puede ser una gran pérdida de potencia del transmisor. El sistema de tierra funciona como una placa de capacitor, para recibir la corriente de desplazamiento de la antena y devolverla al lado de tierra de la línea de alimentación del transmisor, por lo que se ubica preferiblemente directamente debajo de la antena.

Los transmisores de potencia media a alta suelen tener un extenso sistema de conexión a tierra que consta de cables de cobre descubiertos enterrados en la tierra debajo de la antena, para reducir la resistencia. Dado que para las antenas omnidireccionales utilizadas en estas bandas, las corrientes terrestres viajan radialmente hacia el punto de tierra desde todas las direcciones, el sistema de puesta a tierra generalmente consta de un patrón radial de cables enterrados que se extienden hacia afuera debajo de la antena en todas las direcciones, conectados entre sí al lado de tierra de la línea de alimentación del transmisor en un terminal al lado de la base de la antena.

La potencia del transmisor perdida en la resistencia del suelo y, por lo tanto, la eficiencia de la antena, depende de la conductividad del suelo. Esto varía ampliamente; Los terrenos pantanosos o estanques, particularmente de agua salada, proporcionan el terreno de menor resistencia, mientras que los suelos rocosos o arenosos secos son los de mayor resistencia. La pérdida de potencia por metro cuadrado en el suelo es proporcional al cuadrado de la densidad de corriente del transmisor que fluye en la tierra. La densidad de corriente y la potencia disipada aumentan a medida que uno se acerca al terminal de tierra en la base de la antena, por lo que se puede considerar que el sistema de tierra radial proporciona un medio de mayor conductividad, el cobre, por el que fluye la corriente de tierra. en las partes del suelo que llevan alta densidad de corriente, para reducir las pérdidas de energía.

Diseño

Un sistema de tierra estándar ampliamente utilizado para antenas de radiodifusión mástil que operan en las bandas MF y LF consiste en 120 alambres de tierra radial enterrados igualmente espaciados que extienden un cuarto de longitud de onda (.25λ λ {displaystyle lambda }, 90 grados eléctricos) de la antena. No. 8 a 10 medidores de alambre de cobre blando se utiliza típicamente, enterrado de 4 a 10 pulgadas de profundidad. Para las antenas de banda de transmisión AM esto requiere una zona de tierra circular que se extiende desde el mástil 47–136 metros (154–446 pies). Esto se planta generalmente con hierba, que se mantiene corta como hierba alta puede aumentar la pérdida de energía en ciertas circunstancias. Si el área de tierra disponible es demasiado limitada para estos radiales largos, en muchos casos pueden ser reemplazados por un mayor número de radiales más cortos, o un menor número de radiales más largos.

En las antenas transmisoras, una segunda causa de desperdicio de energía son las pérdidas de energía dieléctrica del campo eléctrico (corriente de desplazamiento) de la antena que pasa a través de la tierra para llegar a los cables de tierra. Para antenas con una altura cercana a la mitad de la longitud de onda (180 grados eléctricos), la antena tiene un voltaje máximo (antinodo) cerca de su base, lo que da como resultado fuertes campos eléctricos en la tierra sobre los cables de tierra cerca del mástil donde la corriente de desplazamiento ingresa al suelo. Para reducir esta pérdida, estas antenas a menudo usan una pantalla de tierra de cobre conductor debajo de la antena conectada a los cables de tierra enterrados, ya sea sobre el suelo o elevados unos pocos pies, para proteger la tierra del campo eléctrico.

En algunos casos en los que el suelo rocoso o arenoso tiene una resistencia demasiado alta para un suelo enterrado, se usa un contrapeso. Esta es una red radial de cables similar a la de un sistema de tierra enterrado, pero que se encuentra en la superficie o suspendido a unos pocos pies sobre el suelo. Actúa como una placa de condensador, acoplando capacitivamente la línea de alimentación a las capas conductoras de la tierra.

Antenas eléctricamente cortas

En frecuencias inferiores la resistencia del sistema de tierra es un factor más crítico debido a la pequeña resistencia a la radiación de la antena. En las bandas LF y VLF, las limitaciones de altura de construcción requieren que se utilicen antenas eléctricamente cortas, más cortas que la longitud resonante fundamental de un cuarto de longitud de onda (λ λ /4{displaystyle lambda /4}). Un monopolio de onda trimestral tiene una resistencia a la radiación de alrededor de 25 a 36 ohmios, pero debajo λ λ /4{displaystyle lambda /4} la resistencia disminuye con el cuadrado de la relación de altura a longitud de onda. El poder alimentado a una antena se divide entre la resistencia a la radiación, que representa el poder emitido como ondas de radio, la función deseada de la antena, y la resistencia ohmica del sistema de tierra, que resulta en el desperdicio de energía como calor. A medida que la longitud de onda se hace más larga en relación con la altura de la antena, la resistencia a la radiación de la antena disminuye de modo que la resistencia al suelo constituye una proporción mayor de la resistencia a la entrada de la antena y consume más de la potencia del transmisor. Las antenas de la banda VLF a menudo tienen una resistencia de menos de un ohmio, e incluso con sistemas de tierra de resistencia extremadamente bajos 50% a 90% de la potencia de transmisor se puede desperdiciar en el sistema de tierra.

Sistemas de protección contra rayos

Las barras de autobús se utilizan para conductores de tierra en circuitos de alta corriente.

Los sistemas de protección contra rayos están diseñados para mitigar los efectos de los rayos a través de la conexión a extensos sistemas de puesta a tierra que brindan una gran superficie de conexión a tierra. Se requiere un área grande para disipar la alta corriente de un rayo sin dañar los conductores del sistema por exceso de calor. Dado que los rayos son pulsos de energía con componentes de muy alta frecuencia, los sistemas de puesta a tierra para la protección contra rayos tienden a utilizar tramos rectos cortos de conductores para reducir la autoinducción y el efecto pelicular.

Estera de suelo (tierra)

En una subestación eléctrica, una alfombra de puesta a tierra es una malla de material conductor instalada en lugares donde una persona se pararía para operar un interruptor u otro aparato; está unido a la estructura metálica de soporte del local ya la manija del tablero, de modo que el operador no esté expuesto a un alto voltaje diferencial debido a una falla en la subestación.

En las proximidades de dispositivos sensibles a la electricidad estática, se utiliza una estera de puesta a tierra o puesta a tierra para conectar a tierra la electricidad estática generada por personas y equipos en movimiento. Hay dos tipos utilizados en el control de estática: Tapetes disipadores de estática y Tapetes conductivos.

Una alfombrilla disipadora de estática que descansa sobre una superficie conductora (comúnmente en el caso de las instalaciones militares) suele estar hecha de 3 capas (3 capas) con capas de vinilo disipador de estática que rodean un sustrato conductor conectado eléctricamente a tierra.. Para usos comerciales, se utilizan tradicionalmente tapetes de goma disipadores de estática que están hechos de 2 capas (2 capas) con una capa disipadora de estática superior resistente a la soldadura resistente que hace que duren más que los tapetes de vinilo y una parte inferior de caucho conductor. Las esteras conductoras están hechas de carbono y se usan solo en pisos con el fin de llevar la electricidad estática a tierra lo más rápido posible. Normalmente, las alfombrillas conductoras se fabrican con acolchado para estar de pie y se denominan "antifatiga" esteras

3 ply static dissipative vinyl grounding mat mostrada a escala macro

Para que una placa disipadora de estática se conecte a tierra de manera confiable, debe conectarse a un camino a tierra. Normalmente, tanto la alfombrilla como la muñequera están conectadas a tierra mediante un sistema de conexión a tierra de punto común (CPGS).

En los talleres de reparación de computadoras y la fabricación de productos electrónicos, los trabajadores deben estar conectados a tierra antes de trabajar en dispositivos sensibles a los voltajes que pueden generar los humanos. Por esa razón, los tapetes disipadores de estática pueden usarse y también se usan en pisos de ensamblaje de producción como "corredor de piso" a lo largo de la línea de montaje para atraer la estática generada por las personas que caminan arriba y abajo.

Aislamiento

El aislamiento es un mecanismo que vence a la puesta a tierra. Se utiliza con frecuencia con dispositivos de consumo de baja potencia y cuando los ingenieros, aficionados o reparadores trabajan en circuitos que normalmente funcionarían con el voltaje de la línea de alimentación. El aislamiento se puede lograr simplemente colocando una "proporción de cable 1:1" transformador con igual número de vueltas entre el dispositivo y el servicio normal de energía, pero se aplica a cualquier tipo de transformador que utilice dos o más bobinas eléctricamente aisladas entre sí.

Para un dispositivo aislado, tocar un solo conductor energizado no causa una descarga severa, porque no hay un camino de regreso al otro conductor a través de la tierra. Sin embargo, aún pueden ocurrir descargas eléctricas y electrocución si ambos polos del transformador entran en contacto con la piel desnuda. Anteriormente se sugería que los reparadores "trabajaran con una mano detrás de la espalda" para evitar tocar dos partes del dispositivo bajo prueba al mismo tiempo, evitando así que una corriente atraviese el tórax e interrumpa los ritmos cardíacos o provoque un paro cardíaco.

Por lo general, cada transformador de línea de alimentación de CA actúa como un transformador de aislamiento, y cada paso hacia arriba o hacia abajo tiene el potencial de formar un circuito aislado. Sin embargo, este aislamiento evitaría que los dispositivos defectuosos quemen los fusibles cuando se produzca un cortocircuito con su conductor de tierra. El aislamiento que podría crear cada transformador se anula al tener siempre una pata de los transformadores conectada a tierra, en ambos lados de las bobinas del transformador de entrada y salida. Las líneas eléctricas también suelen conectar a tierra un cable específico en cada polo, para garantizar la ecualización de corriente de polo a polo si se produce un cortocircuito a tierra.

En el pasado, los aparatos conectados a tierra se diseñaban con aislamiento interno hasta el punto de permitir la simple desconexión de la tierra mediante enchufes falsos sin problema aparente (una práctica peligrosa, ya que la seguridad del equipo flotante resultante depende del aislamiento en su transformador). Sin embargo, los aparatos modernos a menudo incluyen módulos de entrada de energía que están diseñados con un acoplamiento capacitivo deliberado entre las líneas de alimentación de CA y el chasis, para suprimir la interferencia electromagnética. Esto da como resultado una corriente de fuga significativa de las líneas eléctricas a tierra. Si se desconecta la tierra por un enchufe falso o por accidente, la corriente de fuga resultante puede causar descargas eléctricas leves, incluso sin fallas en el equipo. Incluso las corrientes de fuga pequeñas son una preocupación importante en entornos médicos, ya que la desconexión accidental de tierra puede introducir estas corrientes en partes sensibles del cuerpo humano. Como resultado, las fuentes de alimentación médicas están diseñadas para tener una capacitancia baja.

Los aparatos y fuentes de alimentación de clase II (como los cargadores de teléfonos móviles) no proporcionan ninguna conexión a tierra y están diseñados para aislar la salida de la entrada. La seguridad está garantizada por el doble aislamiento, por lo que se requieren dos fallas de aislamiento para provocar un choque.