Telégrafo de retorno a la Tierra - Earth-return telegraph

Parte de la línea de telégrafo ruso-estadounidense que lleva el cable único de un circuito de retorno a tierra, c. 1866

El telégrafo de retorno a tierra es el sistema mediante el cual la ruta de retorno de la corriente eléctrica de un circuito de telégrafo se proporciona mediante la conexión a tierra a través de un electrodo de tierra . El uso del retorno a tierra ahorra una gran cantidad de dinero en los costos de instalación, ya que reduce a la mitad la cantidad de cable que se requiere, con el correspondiente ahorro en la mano de obra necesaria para tenderlo. Los pioneros del telégrafo no notaron de inmediato los beneficios de hacer esto, pero rápidamente se convirtió en la norma después de que Carl August von Steinheil puso en servicio el primer telégrafo de retorno a la tierra en 1838.

El telégrafo de retorno a la Tierra comenzó a tener problemas a finales del siglo XIX debido a la introducción de los tranvías eléctricos . Estas operaciones de retorno a tierra gravemente perturbadas y algunos circuitos se devolvieron al antiguo sistema de retorno de conductores metálicos. Al mismo tiempo, el auge de la telefonía , que era aún más intolerante a la interferencia en los sistemas de retorno a la tierra, comenzó a desplazar por completo a la telegrafía eléctrica, poniendo fin a la técnica del retorno a la tierra en las telecomunicaciones .

Descripción

Un poste en desuso de la Australian Overland Telegraph Line que solía transportar cuatro líneas utilizando un retorno de tierra

Una línea de telégrafo entre dos oficinas de telégrafo, como todos los circuitos eléctricos , requiere dos conductores para formar un circuito completo. Esto generalmente significa dos cables metálicos distintos en el circuito, pero en el circuito de retorno a tierra, uno de estos se reemplaza por conexiones a tierra (también llamado tierra) para completar el circuito. La conexión a tierra se realiza mediante placas metálicas con una gran superficie enterrada profundamente en el suelo. Estas placas pueden estar hechas de cobre o hierro galvanizado. Otros métodos incluyen la conexión a tuberías metálicas de gas o agua cuando estén disponibles, o el tendido de un cable de alambre largo sobre suelo húmedo. El último método no es muy confiable, pero fue común en la India hasta 1868.

El suelo tiene poca resistividad en comparación con los cables de cobre, pero la Tierra es un cuerpo tan grande que forma efectivamente un conductor con un área de sección transversal enorme y alta conductancia . Solo es necesario asegurarse de que haya un buen contacto con la Tierra en las dos estaciones. Para hacer esto, las placas de tierra deben enterrarse lo suficientemente profundo como para estar siempre en contacto con suelo húmedo. En zonas áridas, esto puede resultar problemático. A los operadores a veces se les indicaba que vertieran agua sobre las placas de tierra para mantener la conexión. Las placas también deben ser lo suficientemente grandes para pasar suficiente corriente. Para que el circuito de tierra tenga una conductancia tan buena como la del conductor que reemplaza, el área de la superficie de la placa se hace más grande que el área de la sección transversal del conductor por el mismo factor que la resistividad de la tierra excede la resistividad del cobre , o cualquier otro metal que se utilice para el alambre.

Razón de uso

La ventaja del sistema de retorno a tierra es que reduce la cantidad de alambre de metal que de otro modo se requeriría, un ahorro sustancial en largas líneas de telégrafo que pueden recorrer cientos, o incluso miles, de millas. Esta ventaja no era tan evidente en los primeros sistemas telegráficos que a menudo requerían múltiples cables de señal. Todos los circuitos en un sistema de este tipo podrían usar el mismo conductor de retorno único ( líneas no balanceadas ), por lo que el ahorro de costos habría sido mínimo. Ejemplos de sistemas de cables múltiples incluyeron el sistema experimental de Pavel Schilling en 1832, que tenía seis cables de señal para que el alfabeto cirílico pudiera codificarse en binario , y el telégrafo de cinco agujas de Cooke y Wheatstone en 1837. Este último no requería un conductor de retorno en todo porque los cinco cables de señal siempre se usaron en pares con corrientes de polaridad opuesta hasta que se agregaron los puntos de código para los números .

El costo de los sistemas de cables múltiples llevó rápidamente a que los sistemas de cable de señal única se convirtieran en la norma para el telégrafo de larga distancia. Alrededor de la época en que se introdujo el retorno de la tierra, los dos sistemas más utilizados fueron el sistema Morse de Samuel Morse (de 1844) y el telégrafo de una aguja de Cooke y Wheatstone (de 1843). Algunos sistemas de dos cables de señal seguían funcionando; el sistema de dos agujas Cooke y Wheatstone utilizado en los ferrocarriles británicos y el telégrafo Foy-Breguet utilizado en Francia. Con la reducción en la cantidad de cables de señal, el costo del cable de retorno fue mucho más significativo, lo que llevó a que el retorno a tierra se convirtiera en el estándar.

El telégrafo de Sömmerring era un telégrafo electroquímico, en lugar de electromagnético, y está fuera de orden cronológico. Se muestra aquí a modo de comparación porque inspiró directamente el telégrafo electromagnético de Schilling, pero Schilling utilizó una cantidad muy reducida de cables.

Historia

Experimentos tempranos

William Watson estableció la viabilidad del retorno de la tierra

El primer uso de un retorno a tierra para completar un circuito eléctrico fue realizado por William Watson en 1747, excluyendo los experimentos que usaban una ruta de retorno de agua. Watson, en una demostración en Shooter's Hill , Londres, envió una corriente eléctrica a través de 800 pies de alambre de hierro, aislado con madera cocida, con un camino de retorno a tierra. Más tarde ese año aumentó esa distancia a dos millas. Una de las primeras demostraciones de una ruta de retorno de agua fue la realizada por John Henry Winkler , un profesor de Leipzig , que utilizó el río Pleisse de esta manera en un experimento el 28 de julio de 1746. El primer experimentador en probar un circuito de retorno de la tierra con un La batería de bajo voltaje en lugar de una máquina de fricción de alto voltaje fue Basse of Hameln en 1803. Estos primeros experimentos no tenían como objetivo producir un telégrafo, sino que estaban diseñados para determinar la velocidad de la electricidad. Al final, la transmisión de señales eléctricas resultó ser más rápida de lo que los experimentadores pudieron medir, indistinguible de la instantánea.

El resultado de Watson parece haber sido desconocido u olvidado por los primeros experimentadores telegráficos que utilizaron un conductor de retorno para completar el circuito. Una de las primeras excepciones fue un telégrafo inventado por Harrison Gray Dyar en 1826 utilizando máquinas de fricción. Dyar demostró este telégrafo en un circuito de carreras en Long Island , Nueva York, en 1828 utilizando un circuito de retorno a tierra. La demostración fue un intento de obtener respaldo para la construcción de una línea de Nueva York a Filadelfia , pero el proyecto no tuvo éxito (y es poco probable que haya funcionado a una larga distancia), Dyar se olvidó rápidamente y el retorno de la tierra tuvo que reinventarse una vez más. .

Primer telégrafo de retorno a la tierra

Carl August von Steinheil fue el primero en poner en servicio un telégrafo de retorno a la tierra

El primer telégrafo puesto en servicio con retorno terrestre se debe a Carl August von Steinheil en 1838. El descubrimiento de Steinheil fue independiente de trabajos anteriores y, a menudo, de manera inexacta, se lo cita como el inventor del principio. Steinheil estaba trabajando para proporcionar un telégrafo a lo largo de la línea ferroviaria Nuremberg-Fürth , una distancia de cinco millas. Steinheil intentó por primera vez, por sugerencia de Carl Friedrich Gauss , utilizar los dos rieles de la vía como conductores del telégrafo. Esto falló porque los rieles no estaban bien aislados de la tierra y, en consecuencia, había un camino de conducción entre ellos. Sin embargo, esta falla inicial hizo que Steinheil se diera cuenta de que la tierra podía usarse como conductor y luego lo logró con un solo cable y un retorno a tierra.

Steinheil se dio cuenta de que la "excitación galvánica" en la tierra no se limitaba a la ruta directa entre los dos extremos del cable telegráfico, sino que se extendía hacia afuera indefinidamente. Especuló que esto podría significar que la telegrafía sin ningún cable era posible; pudo haber sido el primero en considerar la telegrafía inalámbrica como una posibilidad real. Logró transmitir una señal de 50 pies por inducción electromagnética , pero esta distancia no fue de utilidad práctica.

El uso de circuitos de retorno a tierra se convirtió rápidamente en la norma, ayudado por Steinheil que se negó a patentar la idea: deseaba que estuviera disponible gratuitamente como un servicio público de su parte. Sin embargo, Samuel Morse no se enteró de inmediato del descubrimiento de Steinheil cuando instaló la primera línea de telégrafo en los Estados Unidos en 1844 utilizando dos cables de cobre. El retorno a la Tierra se volvió tan omnipresente que algunos ingenieros telegráficos parecen no haberse dado cuenta de que todos los primeros telégrafos utilizaban cables de retorno. En 1856, un par de décadas después de la introducción del retorno terrestre, Samuel Statham de Gutta Percha Company y Wildman Whitehouse intentaron patentar un cable de retorno y llegaron hasta la protección provisional.

Problemas con la energía eléctrica

La introducción de la energía eléctrica, especialmente las líneas de tranvías eléctricos en la década de 1880, perturbó gravemente las líneas de telégrafo de retorno a tierra. El arranque y la parada de los tranvías generaron grandes picos electromagnéticos que abrumaron los pulsos de código en las líneas telegráficas. Esto era particularmente un problema en las líneas donde se usaba el funcionamiento automático de alta velocidad , y más especialmente en los cables telegráficos submarinos . El último tipo podía tener miles de millas de largo y, por lo tanto, la señal de llegada era pequeña. En tierra, se utilizarían repetidores en la línea para regenerar la señal, pero estos no estuvieron disponibles para cables submarinos hasta mediados del siglo XX. Se utilizaron instrumentos sensibles como el registrador de sifón para detectar señales tan débiles en cables submarinos largos, y estos fueron fácilmente interrumpidos por los tranvías.

El problema de los tranvías fue tan severo en algunos lugares que llevó a la reintroducción de conductores de retorno. Un conductor de retorno que siga el mismo camino que el conductor principal tendrá la misma interferencia inducida en él. Dicha interferencia de modo común se puede eliminar por completo si ambas partes del circuito son idénticas (una línea balanceada ). Uno de esos casos de interferencia ocurrió en 1897 en Ciudad del Cabo , Sudáfrica. La interrupción fue tan grande que no solo se reemplazó el cable enterrado a través de la ciudad por una línea balanceada, sino que se colocó un cable submarino balanceado a lo largo de cinco o seis millas náuticas mar adentro y se empalmó en el cable original allí. El advenimiento de la telefonía , que inicialmente utilizaba las mismas líneas de retorno a tierra que utilizaba la telegrafía, hizo imprescindible el uso de circuitos balanceados, ya que las líneas telefónicas eran aún más susceptibles a las interferencias. Uno de los primeros en darse cuenta de que los circuitos totalmente metálicos resolverían los graves problemas de ruido que se encuentran en los circuitos telefónicos de retorno a tierra fue John J. Carty , el futuro ingeniero jefe de la American Telephone and Telegraph Company . Carty comenzó a instalar retornos metálicos en las líneas bajo su control e informó que los ruidos habían desaparecido casi por completo de inmediato.

Ver también

• Retorno de tierra de un solo cable , utilizado para la distribución de energía eléctrica.

Notas

Referencias

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