Dlaczego neutralność magistrali jest przywiązana do ziemi?

Mój tata jest elektrykiem, a ja jestem inżynierem elektroniki i do dziś nie jest w stanie podać mi dobrego powodu.

Rozważ dwa następujące zdjęcia / sytuacje - oba w tym samym przypadku, ale z neutralnym nie przywiązanym do ziemi w drugim. Przepraszam za słabe diagramy, ale wyobraź sobie, że wtykają widelec we wtyczkę / nóż w tosterze itp. aby dotknąć aktywnego.

Na pierwszym zdjęciu osoba zostaje porażona prądem. Klasyczna obudowa. Jest tak, ponieważ istnieje różnica 240 V prądu zmiennego między dłonią osoby a ziemią u jej stóp. Najważniejszą rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę, jest to, że różnica 240VAC spowodowała szok.

Na drugim zdjęciu osoba ponownie dotyka aktywnego drutu - jednak ponieważ ziemia nie jest przywiązana do neutralnego, nie ma gwarantowanej różnicy 240VAC. Żaden. Podobnie jak podłączenie tylko jednego końca baterii do źródła światła, ta sytuacja nie ma obwodu zamkniętego. Zatem jedynym sposobem na wstrząs jest to, że osoba jest jednocześnie aktywna i neutralna - co musiałbyś próbować zabić, gdybyś to zrobił (tj. Chodzi mi o to, że większość wstrząsów elektrycznych jest spowodowana przez aktywność -> potencjał ziemi, nieaktywny -> neutralny - i przywiązanie neutralne do ziemi nie robi nic, aby zapobiec aktywnemu -> neutralny wstrząs potencjalny).

Tak, ziemia może się unosić i może być „dowolnym” potencjałem w odniesieniu do aktywnego, i fajnie jest powiązać ją z neutralnym w elektrowniach, gniazdach transformatorowych i na zewnątrz naszego domu za pomocą kołka ziemnego, aby „wiemy”, jaki potencjał ma w. Można jednak wysunąć argument, że może dojść do niebezpiecznego potencjału związanego z dowolnym izolowanym źródłem zasilania. Więc nie sądzę, że to solidny argument i jedyny powód. Ponadto izolowane transformatory / zasilacze są czasem używane wyłącznie w celu ochrony przed wstrząsami - dlaczego więc nie odizolujemy całej ziemi od naszej sieci energetycznej? Ha ha.

Oczywiście uziemienie obudowy nie byłoby już konieczne, jeśli przewód neutralny nie byłby przywiązany do ziemi - ponieważ dotknięcie metalowej obudowy nie byłoby niebezpieczne, gdyby z jakiegoś powodu urządzenie znalazło się pod napięciem (tj. Tak jak w sytuacji 2).

TL; DR: czy to jedyny powód, dla którego przywiązujemy ziemię do neutralnego, abyśmy wiedzieli, że ziemia pod nami to 0V w stosunku do aktywnego? Czy jest jakiś inny powód?

Istnieją cztery powody uziemienia neutralnego.

1. Uziemienie neutralne stanowi wspólne odniesienie dla wszystkich rzeczy podłączonych do systemu zasilania. To sprawia, że ​​połączenia między urządzeniami są bezpieczne (r).

2. Bez uziemienia elektryczność statyczna gromadzi się w punkcie, w którym nastąpi powstanie łuku elektrycznego w rozdzielnicy, powodując znaczne straty w przesyłanej mocy, przegrzanie, pożary itp.

3. W systemie pływającym możliwe jest zwarcie między systemami wewnętrznymi i sąsiednimi poprzez ścieżkę uziemienia, jak pokazano poniżej. Włączenie światła w domu może spowodować, że światło zapali się również w domu sąsiadów. Ta cecha jest wysoce nieprzewidywalna.

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

4. Wreszcie, poprzez podanie ziemi ścieżki powrotnej do położenia neutralnego, zwarcie do uziemionej obudowy urządzenia powoduje przewidywalny wynik w postaci zadziałania bezpiecznika lub wyłącznika. Zapewnia to dużą ochronę prewencyjną dla użytkownika.

W podsumowaniu

W prostym modelu wydaje się, że niepowiązanie gruntu z neutralnym byłoby bezpieczniejsze. Jednak w rzeczywistości w systemie zasilania rozproszonego nie ma na to gwarancji, ponieważ nie ma możliwości sprawdzenia, czy istnieje inna ścieżka z powrotem do transformatora inną drogą. To znaczy, w punkcie 3 powyżej, możesz być narażony na porażenie prądem tak samo, jak gdyby twój neutralny był uziemiony.

Ostatecznie pozostałe korzyści związane z przywróceniem gruntu do neutralnego przeważają nad jedną możliwą, ale zawodną korzyścią z izolacji.

UWAGA: Od punktu 4 następuje zmiana paradygmatu w sposobie myślenia o połączeniu neutralnym z ziemią. Nie myśl o neutralnym podłączonym do uziemienia, ale zamiast tego pomyśl o uziemieniu podłączonym do neutralnego, aby umożliwić przepływ prądu z zwarcia do uziemienia z powrotem do transformatora.

Mówisz o systemie izolowanym . Mam rozszerzoną traktat o niej tutaj . W układzie izolowanym „pierwsze zwarcie doziemne jest wolne” (i staje się wiązaniem zerowo-uziemiającym). To jest pomysł, który promujesz.

Problem jest drugi. O ile nie masz personelu obsługi czynnie wykonującego testy izolacji, ścigającego i eliminującego pierwszą zwarcie doziemne, zawiedzie cicho, nie zostanie wykryty i czeka . Wracasz do tego samego położenia , tylko teraz nie masz pojęcia, czy gorący czy neutralny będzie dla ciebie dzisiaj śmiertelny.

Istnieje również błąd, że odkryłeś jeden przypadek użycia, w którym Twój pomysł jest lepszy, ale nie bierzesz pod uwagę wszystkich innych przypadków użycia. NFPA robi to i traktuje je wszystkie w równowadze oraz opracowuje najlepsze praktyki, które uratują najwięcej ludzi i domów. To dosłownie ich praca, czyli Narodowe Stowarzyszenie Zapobiegania Pożarom.

Również izolowany system nie działa, chyba że masz własny transformator, ponieważ cały system musi być pod wspólną konserwacją, abyś mógł zapewnić, że pozostanie izolowany. Mam luksus posiadania własnego transformatora. Uruchomiłem go przypadkowo jako „system izolowany” (wadliwe połączenie neutralne-uziemienie). „Pierwszy błąd uziemienia” rzeczywiście zawiódł po cichu i zaskoczył mnie. Odkryłem to po odłączeniu napięcia od obwodu i wyciągnięciu przewodów z gniazdka. Błysnęłam na ziemię, żeby upewnić się, że obwód jest wyłączony, a to ponownie go zapaliło ! Co??? Okazuje się, że na niepowiązanym obwodzie, gorąco uszkodziło masę. Uziemienie wynosiło 120 V od neutralnego wszędzie w systemienawet na obwodach, które zostały wyłączone! To bardzo źle i to tylko rodzaj bzdur, które zdarzają się w odizolowanych systemach, które nie są kompetentnie utrzymywane. Brak ciszy jest ZŁY.

Powiem tak: był to dobry test sprawdzający poprawność poprzedniej pracy, który był całkowitym przebudowaniem witryny, która miała dziesiątki poważnych wad.

W sieci IT , w której obie linie na gnieździe są pod napięciem, GFCI nie działałby na pojedynczej usterce .
Co ma zalety w niektórych systemach o wysokiej ciągłości (np. W salach operacyjnych), pojedynczy błąd nie wyłącza wszystkiego.
Ale będziesz musiał aktywnie monitorować pojedyncze uszkodzenia za pomocą monitorowania izolacji .

Zamiast tego uziemiliśmy neutralnie, aby nawet przy pojedynczej usterce działały mechanizmy ochronne. Nazywamy to siecią TT .

Nie ma to nic wspólnego z bezpieczeństwem dotyku. SELV (bardzo niskie napięcie bezpieczeństwa 42 V) jest przeznaczone do obszarów mokrych i bezpieczeństwa dotykowego.

Jak zauważył Neil, głównym obrazem jest to, że jesteś częścią dużej sieci elektrycznej, a jeśli gdzieś nie byłby uziemiony, cała ta cholerna rzecz unosiłaby się wysoko - być może do błyskawic.

Drugie pytanie „Czy nie byłoby bezpieczniej po prostu go unieść”, staje się bardzo interesujące, gdy masz lokalny, niepodłączony system energii słonecznej. Reguły elektryczne (tutaj) zobowiązują cię do uziemienia N, ale tak naprawdę to po prostu czyni go bezpieczniejszym.

Jest to temat, o którym dyskutowaliśmy (instalując energię słoneczną) bez długiego zakończenia.

W laboratorium telewizyjnym zaleciliśmy zastosowanie transformatora izolacyjnego do galwanicznego oddzielenia testowanego urządzenia od sieci. Dzięki temu JEDEN dłoń jest bezpieczna w dotyku. Dzięki temu telewizor można bezpiecznie przetestować, tj. Podłączyć masę oscyloskopu do obwodu. Ale po podłączeniu uziemionego lunety do obwodu pływającego, zostaje on ponownie uziemiony i zasadniczo nie jest bezpieczny w dotyku!

Aby dojść do sedna, mieliśmy prawo, że zabronione jest podłączanie listwy zasilającej do transformatora izolującego. Użyj jednego transformatora na urządzenie. W przeciwnym razie staje się zbyt łatwe dotknięcie dwóch urządzeń i odkrycie, że jedno jest „gorące” w stosunku do drugiego. Nie można galwanicznie oddzielić całego budynku i oczekiwać, że obwód pozostanie pływający i bezpieczny.

Oprócz niezamierzonego uziemienia przez niektóre urządzenia występuje również prąd upływowy do ziemi przez kondensatory. Komputer ma galwanicznie oddzielony zasilacz, więc można go bezpiecznie dotykać. Ale między masą pierwotną a wtórną występuje C, co powoduje zwarcie EMI SMPS. Jeśli uziemienie nie zostanie podłączone i dotkniesz obudowy, prąd 50–60 Hz przez ten C (i C transformatora) daje mrowienie. Podłącz 10 takich urządzeń o 10 C razem, bez wyraźnego uziemienia żadnego z nich, a mrowienie stanie się szokiem. Dlatego powinieneś używać gniazdka z uziemieniem dla nowoczesnych urządzeń elektronicznych. [edycja: dodano schemat z innego wątku Henry Crun]

Głównym powodem jest przepalenie bezpieczników, aby zapewnić, że prąd zwarciowy jest wystarczający do tego celu. Pomaga to jednak również ograniczyć wahania napięcia w dystrybucji 3 faz.

Napięcie pod napięciem do masy podwozia jest częstą usterką. Bez przyłączenia przewodu zerowego do ziemi żaden znaczący prąd nie przepłynąłby, aby przepalić bezpiecznik i odłączyć napięcie.

Rozważmy 3-fazowy lokalny transformator dystrybucyjny, 240 V między N a 415 V między fazami. Jeśli zwarcie doziemne z uziemieniem uziemi fazę czerwoną, wówczas N zmieni się na 240 V do ziemi, a fazy niebieska i żółta staną się 415 V do ziemi, co spowoduje większe obciążenie izolacji we wszystkich innych właściwościach, biorąc ich zasilanie jednofazowe z tego samego transformatora .

Odpowiedź na jedno słowo: przewidywalność.

Czasami lepiej jest, aby sieć była przewidywalna niż „czasami” lub „zwykle” być bezpieczniejsza / tańsza / lepsza w inny sposób. Przewidywalność umożliwia globalne bezpieczeństwo / wydajność / skuteczność, ponieważ upraszcza korzystanie z sieci i projektowanie podłączonych do niej urządzeń. Rozwiązujesz problemy raz, zamiast przy każdym wdrożeniu.

Tutaj w Australii mamy tak zwany system MEN. Multiple Earth Neutral, IEC opisuje system MEN jako system TN-CS (Terra Neutral Combined Seperate), co jest fantazyjnym sposobem powiedzenia; przewód neutralny i uziemiający są funkcjonalnie i fizycznie tym samym przewodnikiem między punktem gwiazdy transformatora rozdzielczego a punktem zasilania, który będzie własnością konsumenta.

W punkcie zasilania połączony przewodnik dzieli się na dwa przewodniki fizyczne, neutralny i uziemiający. Główny zacisk uziemiający jest następnie połączony z większą masą ziemi za pośrednictwem głównego przewodu uziemiającego i palika uziemiającego. Proces ten powtarza się dla każdej właściwości i dlatego stanowi część systemu, który nazywamy systemem PME (Protective Multiple Earth).

Powodem, dla którego system PME jest prosty, im dalej od transformatora tym większy potencjał rośnie na przewodzie neutralnym względem ziemi. System PME pozwala, aby wzrost napięcia zanikał w ziemi w każdej nieruchomości, a tym samym utrzymuje stałe napięcie neutralne. Utrzymując napięcie neutralne możliwie najbliższe potencjałowi uziemienia, należy zastosować dobre napięcie odniesienia i środek do zmniejszenia różnic napięcia pojawiających się między odsłoniętymi częściami przewodzącymi urządzenia a zewnętrznymi częściami przewodzącymi poprzez połączenie wyrównawcze.

Posiadanie przewodu uziemiającego umożliwia automatyczne odłączenie zasilania w przypadku zwarcia do zwarcia doziemnego przez prąd zwarciowy o ścieżce o niskiej impedancji wystarczającej do działania urządzenia zabezpieczającego obwód.

Prąd zwarciowy zawsze chce znaleźć drogę powrotną do źródła (transformatora).

Aby odpowiedzieć na twoje pytanie; uziemienie jest w rzeczywistości bardzo złożoną częścią każdego systemu dystrybucyjnego i stanowi integralną część urządzeń zabezpieczających, umożliwiając im działanie zgodne z przeznaczeniem. Przewód uziemiający nie ma wystarczającego uznania za to, co robi !!!

Ten słup zasilania poza moim domem ma tę zaletę, że przewód neutralny jest uziemiony. Przewód pod napięciem znajduje się sam w najwyższym i najbezpieczniejszym miejscu, podczas gdy przewód neutralny znajduje się dalej na słupie.

Punktem uziemienia jest to, że jeśli (realistycznie, kiedy) jest zwarcie do części, którą można dotknąć, obwód jest wytwarzany, prąd płynie szybko przez bardzo krótki czas, a następnie ostrzegane jest zabezpieczenie nadprądowe na odcinkach gałęzi obserwator, że jest problem. Przewód neutralny jest powiązany z ziemią, dzięki czemu potencjalne niebezpieczeństwo zwarcia może być wyczuwalne i chronione przed nim. Myślę, że lepszym przykładem znaczenia jest toster, który zwiera zasilanie do swojego podwozia. Jeśli jest uziemiony, wyłącznik wyskakuje za każdym razem, gdy podłączasz toster i albo go naprawiasz, albo dostajesz nowy. Jeśli toster nie jest uziemiony, potencjał zasilania znajduje się na podwoziu tostera i czeka na ukończenie obwodu do ziemi (jak dotykanie tostera jedną ręką i tonięcie drugą). Druga sytuacja stanowi poważne zagrożenie. Jeśli gniazdko nie jest chronione przez GFCI, możesz zobaczyć kilka amperów przepływających przez kilka ms, zanim zadziała tradycyjny wyłącznik magnetyczny. Jest to więcej niż wystarczające do spowodowania poważnych obrażeń i / lub zabicia w zależności od ścieżki. Jeśli przewód neutralny nie jest przywiązany do ziemi, nie ma pewności, że zwarcie zadziała zabezpieczenie nadprądowe.