AC: Po co odróżniać Ground od Neutralnego?

Prąd przepływa przez punkty łączące przewodnik o różnych potencjałach.

Pomijając detale wielofazowe, wspólne / konwencjonalne systemy prądu przemiennego wykorzystują konfigurację 3-przewodową:

• Drut-1: drut liniowy / pod napięciem / gorący / fazowy przedstawiający punkt oscylujący między 2 potencjałami.

• Drut-2: drut neutralny prezentujący punkt o nieznanym / nieokreślonym i zmiennym potencjale, który mimo to przedstawia pewną stałą / określoną różnicę potencjału w stosunku do Drutu-1 przynajmniej przez pewien czas.

• Przewód-3: przewód uziemiający przedstawiający punkt o różnicy potencjałów 0 V w swoim bezpośrednim otoczeniu fizycznym.

Wire-1 i Wire-2, oprócz niektórych urządzeń, które mają być zasilane, są wykorzystywane do budowy zamkniętego obwodu elektrycznego. Drut-3, pomijając kwestie związane z zakłóceniami elektromagnetycznymi / ekranowaniem, służy do zapewnienia, że ​​przepłynie przez niego prąd, a nie użytkownik urządzenia, jeśli kiedykolwiek wystąpią jakiekolwiek awarie, a użytkownik urządzenia wejdzie w kontakt z drutem-1 lub drutem-2.

Oprócz tego Wire-2 i Wire-3 są w pewnym momencie połączone. Ma to na celu zapewnienie, że potencjał Wire-2 pozostaje zbliżony do potencjału Wire-3 .. co z jakiegoś powodu wydaje się ważne .

Teraz część, której nie rozumiem, to dlaczego należy rozróżnić Wire-2 i Wire-3 w gnieździe zasilającym, jeśli nie ma żadnych kilku metrów dalej.

Próbowałem to sprawdzić, ale wszystkie dotychczasowe odpowiedzi wydają się niepełne. Odpowiedzi zależą od sposobu sformułowania pytania:

• Jeśli pytanie brzmi: „Dlaczego potrzebujemy Wire-3 oprócz Wire-2”, odpowiedź brzmi, ponieważ „Wire-2 może mieć znaczną potencjalną różnicę w stosunku do swojego otoczenia / użytkownika, a tym samym narażać go na niebezpieczeństwo, jeśli on / ona / ona kiedykolwiek ma z tym kontakt lub Wire-1 ”.

• Jeśli pytanie jest sformułowane jako „Dlaczego potrzebujemy Wire-2 oprócz Wire-3”, odpowiedź brzmi: „Wire-2 jest potrzebny do utworzenia zamkniętego obwodu elektrycznego” lub sformułowany nieco inaczej „Wire-2 jest potrzebny do utworzenia różnica potencjałów w stosunku do Wire-1, a zatem przepływ prądu ". Argumentem jest ponadto, że biorąc pod uwagę względy praktyczne, Wire-3 nie może zapewnić niezawodnej / stabilnej różnicy potencjałów w stosunku do Wire-1, tak jak Wire-2 może .

To jednak tak naprawdę nie odpowiada, dlaczego trzeba rozróżniać Wire-2 / Wire-3, biorąc pod uwagę sposób

• Wire-3 pozostaje Wire-3 i zachowuje różnicę potencjału 0 V względem swojego otoczenia / użytkownika, niezależnie od tego, co dzieje się wokół niego. Ponieważ to właśnie powinno robić lub inaczej wyrażone, ponieważ to jest powód, dla którego Wire-3 jest przydatne przede wszystkim .. prawda?

i

• Wire-2 jest podłączony do Wire-3

Czego tu brakuje?

• Dlaczego bezpiecznie jest dotykać Wire-3, ale nie Wire-2 lub dlaczego Wire-3 może zapewnić poziom ochrony, którego nie zapewnia Wire-2?

• Po co rozróżniać Wire-2 i Wire-3 w gnieździe zasilającym, a następnie podłączać je dalej?

Gdyby przewody były w 100% niezawodne i miały zerowy opór, nie byłoby różnicy między przewodem neutralnym (przewód uziemiony) a uziemieniem bezpieczeństwa (przewód uziemiający). Jednak żaden warunek nie ma zastosowania.

Nawet jeśli przewody uziemiające neutralnie i uziemiające są podłączone do panelu wyłącznika, urządzenie pobierające prąd w pewnej odległości od skrzynki może spowodować znaczny spadek napięcia w przewodzie uziemionym neutralnie. Podłączenie odsłoniętych części urządzenia do uziemienia za pomocą oddzielnego przewodu uziemiającego pozwoli uniknąć pojawienia się napięcia na jego końcu przewodu neutralnego na odsłoniętych częściach.

Ponadto zastosowanie oddzielnych przewodów zapewnia, że ​​może wystąpić szereg pojedynczych awarii bez tworzenia bezpośrednio niebezpiecznej sytuacji (chociaż druga awaria, która wystąpi bez pierwszej naprawy, może być natychmiast niebezpieczna).

1. Jeśli odsłonięte części urządzenia zostaną podłączone do przewodu uziemiającego, a gorący drut wewnątrz urządzenia przypadkowo dotknie tych części, prądy zwarciowe powinny wyzwolić wyłącznik.

2. Jeśli gorący drut ulegnie awarii między panelem wyłącznika a urządzeniem, urządzenie nie otrzyma zasilania, ale w pobliżu urządzenia nie wystąpią niebezpieczne napięcia.

3. W przypadku awarii przewodu uziemionego neutralnie przewód neutralny w urządzeniu może być oddalony tylko o kilka omów od bezpośredniego potencjału gorącego, ale nie przepłynie przez niego prąd i nie będzie od niego żadnej ścieżki do niczego, co mógłby dotknąć operator. Odsłonięte części nadal byłyby bezpiecznie podłączone do przewodu uziemiającego.

4. W przypadku awarii przewodu uziemiającego urządzenie nie będzie już chronione przed kontaktem gorącego drutu z obudową, ale nie powstanie bezpośrednie zagrożenie.

Gdyby sprawa nie była z niczym powiązana, awaria nr 1 spowodowałaby natychmiastową potencjalnie śmiertelną sytuację; gdyby był podłączony do neutralnego, awaria nr 3 spowodowałaby natychmiastową potencjalnie śmiertelną sytuację. Jednak przy obecności obu przewodów pojedyncza awaria nie stworzy bezpośredniego zagrożenia.

TL; DR:

Przewód uziemiający to funkcja bezpieczeństwa zapewniająca bezpieczeństwo na wypadek, gdyby coś nie działało prawidłowo.

Jako przewód przewodzący prąd masz przewód neutralny, który zapewnia zasilanie.

Przewód uziemiający stanowi bezpieczny punkt uziemienia dla urządzeń z obudowami przewodzącymi (metalowymi) oraz jako bezpieczna ścieżka zwarciowa dla prądu, gdy coś pójdzie nie tak.

Teraz trochę tła. W Stanach Zjednoczonych energia jest dostarczana do domu przy wyższym napięciu i jest obniżana, aby zapewnić 230 VAC z kurkiem centralnym.

Punkt neutralny jest podłączony do środkowego zaczepu.

Z dwóch końców wyjścia transformatora masz 230VAC.

Z każdego końca do środkowego kranu masz 115VAC.

Istnieją zatem 2 obwody, które zapewniają 115 V prądu przemiennego. Te dwa obwody dostarczają energię do połowy świateł i połowy gniazd w domu.

Neutralny w ten sposób unosi się i przy nieznanym napięciu powyżej napięcia (dosłownie) ziemi pod stopami. Dotykanie neutralnego byłoby bardzo niebezpieczne. Dotykanie jednego z przewodów pod napięciem jest również bardzo niebezpieczne.

Aby neutralny nie unosił się, jest podłączony do ziemi domu - w ziemi pod domem znajduje się duży metalowy przewodnik, który zapewnia prawdziwe połączenie z prawdziwą ziemią.

Istnieją dwa niebezpieczeństwa związane z układem zasilania.

Jednym z nich jest niebezpieczeństwo połączenia się między dwiema liniami napięcia - to oczywiście spowoduje przepływ prądu przez twoje ciało.

Drugim niebezpieczeństwem jest połączenie się między przewodem napięcia a ziemią - dosłownie, ziemia pod stopami. Jeśli system zasilania nie jest uziemiony, zawsze będzie miał różnicę napięcia mierzoną względem ziemi.

Pierwsze niebezpieczeństwo można obejść, nigdy nie dotykając więcej niż jednego drutu na raz - zwykle dość łatwe do zrobienia.

Drugi jest znacznie trudniejszy. Jeśli dotkniesz dowolnego drutu z nieuziemionego systemu zasilania, nastąpi różnica napięcia między nim a ziemią, a prąd przepłynie przez twoje ciało = ouch / dead.

Aby zmniejszyć to drugie niebezpieczeństwo, systemy zasilania są uziemione.

W USA uziemia się przewód neutralny. Obecnie ma (prawie) potencjał ziemi. Teraz jest jeden drut, który powinien być bezpieczny (przypadkowo) dotknąć. To jest powód podłączenia neutralnego do uziemienia.

Dwa przewody pod napięciem mają teraz wartość 115 V prądu przemiennego względem ziemi, ale w każdym gniazdku jest tylko jeden przewód pod napięciem, więc okablowanie jest nieco bezpieczniejsze - w skrzynce gniazd jest tylko jeden przewód, który może cię zabić.

ALE jeszcze nie skończyliśmy. Jeśli przez neutralny przepływa duży prąd, wówczas (zgodnie z prawem Ohma) wystąpi różnica napięcia między nim a masą, więc neutralny tak naprawdę nie ma już potencjału ziemi.

Biorąc pod uwagę, że dwa obwody 115 VAC w amerykańskim domu nigdy nie mogą być zrównoważone, prawie zawsze przepływa prąd przez linię neutralną, dlatego nie ma tak naprawdę potencjału ziemi.

Teraz wyobraź sobie, że używasz urządzenia z uziemioną metalową obudową. Jeśli używasz neutralnego jako uziemienia bezpieczeństwa, wtedy obudowa nie ma tak naprawdę potencjału uziemienia, więc dostaniesz (miejmy nadzieję) mrowienie na niskim poziomie, jeśli dotkniesz obudowy - źle, może nadal boleć.

Jeśli nastąpi zwarcie z przewodu pod napięciem do metalowej obudowy, napięcie na obudowie wzrośnie == Ouch, Ouch, Ouch. Jeśli przewód neutralny teraz pęknie w przewodzie zasilającym lub ma złe połączenie w gnieździe, wówczas metalowa obudowa jest teraz pod napięciem sieciowym = martwy użytkownik.

Teraz wyobraź sobie to samo urządzenie z przewodem uziemiającym. Uziemienie bezpieczeństwa jest podłączone do metalowej obudowy. Ponieważ nigdy nie przepływa żaden prąd przez uziemienie bezpieczeństwa (z wyjątkiem sytuacji, gdy chroni go ono przed zwarciem), obudowa urządzenia jest naprawdę na poziomie ziemi = całkowicie bezpieczna, bez mrowienia.

Jeśli teraz doszło do zwarcia między przewodem pod napięciem a obudową, napięcie na obudowie nieznacznie wzrośnie (rezystancja przewodu uziemiającego), zanim rozłącznik wyłączy się. Napięcie może być wystarczająco wysokie, aby mrowiło, ale nie wystarczy, aby zabić = użytkownik będzie mógł dalej żyć.

Sądzę, że w oparciu o różne przesłanki jest to prawdopodobnie pytanie dotyczące wymagań amerykańskiego NEC (National Electrical Code).

Po co rozróżniać Wire-2 i Wire-3 w gnieździe zasilającym, a następnie podłączać je dalej?

Ponieważ jeśli podłączysz je dalej w górę od głównego panelu, wówczas masz normalną ścieżkę prądu powrotnego przez przewód uziemiający, co stwarza niebezpieczną sytuację dla każdego, kto go dotknie lub cokolwiek z nim związanego, czyli dużo metalowych obudów. Jak szczegółowo opisano w jednej przyzwoitej książce na ten temat .

Przewód zerowy jest uziemionym przewodnikiem dzięki podłączeniu do serwisu, ale nie jest przewodnikiem uziemiającym, ponieważ nie służy do podłączania czegokolwiek innego do uziemienia. Służy wyłącznie do przenoszenia normalnego prądu obciążenia lamp, gniazd lub innych urządzeń, które są podłączone z fazy do przewodu neutralnego. Uziemiony przewodnik pozostaje odizolowany od ziemi wszędzie, z wyjątkiem połączenia w serwisie. Jeśli zostanie wykonane więcej niż jedno połączenie z ziemią, prądy neutralne obciążenia podzielą się między uziemiony przewód a EGC (przewody uziemiające urządzenia). Może to powodować ciągły przepływ prądu w systemach przewodów lub konstrukcjach metalowych i rurociągach, co może powodować korozję elektrolityczną i interferencję z wrażliwym sprzętem elektronicznym z powodu promieniowanych pól magnetycznych.

W rzeczywistości konfiguracja w USA nie jest wcale tak niezawodna, ponieważ świnia (transformator) jest wspólna dla kilku domów (w burbach), a otwarta neutralna w jednym domu tworzy następującą bieżącą ścieżkę powrotną przez uziemienie pobliskiego domu, coś, co niezbyt łatwa do debugowania (obraz z tej samej książki):

Co do drugiego pytania:

Dlaczego bezpiecznie jest dotykać Wire-3, ale nie Wire-2 lub dlaczego Wire-3 może zapewnić poziom ochrony, którego nie zapewnia Wire-2?

Przez większość czasu jest bezpieczniej . Z pewnością jest tak samo niebezpieczne podczas awarii. Ta sama książka mówi (s. 104):

Nigdy nie zakładaj, że przewód elektrody uziemiającej jest martwy.

Wreszcie, ta konfiguracja z mandatem NEC jest nazywana systemem uziemienia TN-CS w języku lingo IEC. W Europie (w tym w Wielkiej Brytanii), szczególnie na obszarach miejskich, powszechny jest system TN-S, w którym ziemia dzieli się od neutralnego do podstacji .

Jak już czytałeś gdzie indziej, Neutralny jest wymagany do przeniesienia prądu powrotnego z Hot, ale jest on podłączony do uziemienia dokładnie w jednym punkcie, aby nieco bezpieczniej było dotknąć go przez przypadek. Kołysze tylko kilka woltów zamiast stu lub dwóch. Dlatego zawsze przełączasz stronę gorącą obciążenia, nawet jeśli utrudnia to obwód sterujący.

Ponieważ układ neutralny porusza się o kilka woltów, a w skrajnych przypadkach może się nagrzewać i spadać, co powoduje, że cały bałagan jest gorący, uziemienie jest wymagane do zapewnienia rzeczywistego 0V w porównaniu do brudu. Oznacza to, że nie może on przenosić prądu, ponieważ dzięki temu nie byłby uziemiony na końcu urządzenia, tak jak neutralny. Jednakże, mimo że nie przewodzi prądu roboczego, konieczne jest przewodzenie prądu zwarciowego, aby wyzwolić bezpiecznik / bezpiecznik, jeśli użytkownik byłby narażony na działanie gorąca.

Masz rację i myślę, że rozsądnie jest wziąć pod uwagę, że drut 3 (ziemia) można całkowicie się pozbyć. W końcu nie chodzi o to, że jest jak ekran zatrzymujący emisje - to tylko drut i zwykle o mniejszym przekroju niż żywy lub neutralny.

Ale w jaki sposób zadziałałby wyłącznik różnicowoprądowy, aby chronić użytkownika? (ELCB) siedzi tam i szuka prądu ziemnego spływającego z powrotem do przewodu uziemiającego - ten prąd mówi mu, że przy obciążeniu dzieje się coś niezwykłego (telewizor, pralka, wentylator sufitowy itp.). Jeśli przepływa prąd, wówczas część izolacji ulega zniszczeniu, a potencjalnie odsłonięte części urządzenia (podłączone do przewodu uziemiającego) mogą być narażone na niebezpieczeństwo podłączenia do przewodu pod napięciem z powodu degradacji lub niewłaściwego użytkowania. Jeśli tak się stanie, tylko wire-3 może nam to powiedzieć.

Nowoczesne instalacje (w UE) używają RCB do tego samego, ale nie polegają na pomiarze prądu ziemnego - implikują to poprzez pomiar „różnicy” prądu między napięciem a neutralnym. Odbywa się to poprzez doprowadzenie L i N przez rdzeń toroidalny i posiadanie wieloobrotowego uzwojenia wtórnego, które może wyzwolić reset, jeżeli „różnica” wzrośnie powyżej (powiedzmy) 30mA.

Pomyślcie teraz o kiepskim elektryku, który instaluje czyjś dom - jeśli neutralny nie byłby nie do odróżnienia od życia za pomocą zwykłego woltomierza, to jego (lub ona) praca jest znacznie trudniejsza.

Kilka myśli.

Jeśli przez Wire-3 nie przepłynie prąd, nie będzie na nim potencjału (prawo Ohma). W ten sposób każdy przypadek podłączony do Wire-3 ma również potencjał uziemienia, co oznacza, że ​​można go bezpiecznie dotykać, ponieważ nie ma potencjału między obudową a uziemieniem.

Drut-2 przenosi prąd, a jeśli zostanie podłączony do obudowy, doprowadzi do potencjału z obudowy do ziemi, co może być szkodliwe. Możliwe jest również, że w przypadku przerwania Drutu-2 i nieprawidłowego podłączenia urządzenia (Drut-2 i Drutu-1 zamienione, łatwo możliwe) obudowa ma nagle pełny potencjał fazowy do uziemienia.

Jeśli miałbyś podłączyć Wire-2 w różnych punktach do ziemi, uniemożliwiłbyś również niezawodne wykrywanie prądów resztkowych - a one mogą cię już zabić.

W dalszej części linii tylko przeszkoleni pracownicy będą w kontakcie z liniami i dodatkowe bezpieczeństwo może nie być już potrzebne. I oszczędzasz dużo pieniędzy, nie mając czwartego przewodu aż do generatora. (Istnieją systemy, które działają w ten sposób)

Tak przynajmniej rozumiem - a przynajmniej mam taką nadzieję.

Rozumiem, który podtrzymałem i lubię wzmacniać, że „ziemia” jest wyraźniej określana jako „ziemia bezpieczeństwa”. Został on dodany jako drugi system uziemienia dla bezpieczeństwa na wypadek, gdyby „gorący” ołów trafił do (metalowej) obudowy urządzenia. Nie zawsze występowały 3-przewodowe obwody jednofazowe. Drut „neutralny” lub „powrotny” jest przewodnikiem powrotnym do elektrowni. Zawsze staram się zachować to jako odniesienie. (Być może jestem tutaj daleko, ale mam wrażenie, że przewód powrotny nie jest w rzeczywistości konieczny; powrót przez ziemię. Proszę doradzić.) Nie należy wykonywać regularnych usług w obwodzie uziemienia (zielony), chociaż podejrzewam, że jest to wygodne drut zaczyna być wykorzystywany jako powrót obwodów sterowania elektrycznego (timery itp.). Elektryk i właściciel również nie będą chcieli prowadzić do tego osobnego przewodu i będą oszukiwać, pozwalając na mały, mały prąd. Tradycyjne podświetlane przełączniki ścienne osiąga się przez łaskotanie małego prądu przez obwód żarówki, którego światło nie jest zauważane. Świetlówki CFL będą migotać (w miarę narastania ładunku). Oddzielne uziemienie pozwoliłoby na działanie włącznika oświetlonej ściany, gdyby był zbudowany z dodatkowego drutu. Czy zatem możemy zezwolić na takie wykorzystanie obwodu uziemiającego? Mówię „nie”, ponieważ z pewnością nie zamierzano żyć. Ta metoda była podstępnym oszustwem, ale nie była otwartym obwodem. Trochę stycznej, ale taka jest praktyczność sytuacji. Tradycyjne podświetlane przełączniki ścienne osiąga się przez łaskotanie małego prądu przez obwód żarówki, którego światło nie jest zauważane. Świetlówki CFL będą migotać (w miarę narastania ładunku). Oddzielne uziemienie pozwoliłoby na działanie włącznika oświetlonej ściany, gdyby był zbudowany z dodatkowego drutu. Czy zatem możemy zezwolić na takie wykorzystanie obwodu uziemiającego? Mówię „nie”, ponieważ z pewnością nie zamierzano żyć. Ta metoda była podstępnym oszustwem, ale nie była otwartym obwodem. Trochę stycznej, ale taka jest praktyczność sytuacji. Tradycyjne podświetlane przełączniki ścienne osiąga się przez łaskotanie małego prądu przez obwód żarówki, którego światło nie jest zauważane. Świetlówki CFL będą migotać (w miarę narastania ładunku). Oddzielne uziemienie pozwoliłoby na działanie włącznika oświetlonej ściany, gdyby był zbudowany z dodatkowego drutu. Czy zatem możemy zezwolić na takie wykorzystanie obwodu uziemiającego? Mówię „nie”, ponieważ z pewnością nie zamierzano żyć. Ta metoda była podstępnym oszustwem, ale nie była otwartym obwodem. Trochę stycznej, ale taka jest praktyczność sytuacji. czy zezwalamy na takie wykorzystanie obwodu uziemiającego, czy nie? Mówię „nie”, ponieważ z pewnością nie zamierzano żyć. Ta metoda była podstępnym oszustwem, ale nie była otwartym obwodem. Trochę stycznej, ale taka jest praktyczność sytuacji. czy zezwalamy na takie wykorzystanie obwodu uziemiającego, czy nie? Mówię „nie”, ponieważ z pewnością nie zamierzano żyć. Ta metoda była podstępnym oszustwem, ale nie była otwartym obwodem. Trochę stycznej, ale taka jest praktyczność sytuacji.

Przewód neutralny (drut-2) nie jest uziemiony. Mierzy to samo co masa na wyjściu, jeśli nie pobierasz prądu.

Natychmiast po pobraniu prądu napięcie na neutralnym przyłączu na wylocie nie będzie równe zero.

Użyjmy przykładu:

Gniazdko znajduje się 50 stóp od wyłącznika, na którym rysujesz 12 amperów (suszarka do włosów), drut 14G. Ta strona mówi, że rezystancja wynosi 0,13 oma.

12A, * 0,13 oma = 1,56 V na ostrzu w gnieździe. Niewiele, ale nie zero.

Istnieją również nowsze przerywacze i wtyczki GFI, które wykrywają, czy w przewodzie uziemienia płynie prąd, i jeśli tak, zadziałają.

W zależności od kraju Wire-2 nie zawsze jest neutralny i podłączony do Wire-3. Wire-1/2 może również składać się z dwóch faz (obie na żywo). Innym aspektem jest to, że Wire-3 jest zawsze uziemiony, co chroni metalową obudowę przed działaniem w przypadku awarii.

Oto dokładny powód w prostym języku angielskim. Jeśli używasz narzędzia lub urządzenia i w jakiś sposób normalne „uziemienie” zostaje odłączone, TY możesz stać się domyślnym uziemieniem, co najmniej szokujące. Jeśli jednak obudowa twojego elektronarzędzia, rama lampy lub cały metal w kuchence elektrycznej jest uziemiony osobno, jesteś bezpieczny. W normalnych okolicznościach ziemia nigdy nie zostanie odłączona, ale raz na jakiś czas może, więc dobrym pomysłem jest prawidłowe podłączenie trzeciego przewodu do uziemienia. Ponadto, w przypadku wadliwego okablowania, jakiś idiota może połączyć dwa przewody w odwrotnej kolejności, wiele urządzeń i tak by działało, ale obudowa mogłaby wtedy być NA ŻYWO! Ale jeśli obudowa zostanie uziemiona osobno, natychmiast przepali się bezpiecznik.