Почему мэйн нейтрал привязан к земле?

Мой папа - электрик, а я сам - инженер-конструктор электроники, и до сих пор он до сих пор не может дать мне веские причины для этого.

Рассмотрим две следующие картинки / ситуации - оба одинаковые, но с нейтральным, не привязанным к земле во втором. Извиняюсь за плохие диаграммы, но представьте, что они вставляют вилку в вилку / нож в тостер / и т.д. для того, чтобы прикоснуться к активным.

На первой картинке человек получает удар током. Классический чехол. Это потому, что есть разница в 240 В переменного тока между рукой человека и землей у его ног. Ключевым моментом, который следует здесь отметить, является то, что причиной разницы стало напряжение 240 В переменного тока .

На втором рисунке человек снова касается активного провода - однако, поскольку земля не связана с нейтралью, нет гарантированной разницы в 240 В переменного тока. Никто. Подобно подключению к источнику света только одного конца батареи, в этой ситуации нет замкнутой цепи. Таким образом, единственный способ получить шок - это если человек удерживается активным и нейтральным одновременно - что вы должны были бы попытаться покончить с собой, если бы вы сделали это каким-либо образом (то есть, моя точка зрения, большинство электрических шоков вызваны активным -> потенциал земли, не активен -> нейтраль - и , привязка нейтрали к земле не делает ничего, чтобы предотвратить активные -> шоки потенциала нейтрали).

Да, земля может быть плавающей и может иметь «любой» потенциал по отношению к активному, и приятно привязать ее к нейтрали на электростанциях, трансформаторных розетках и вне нашего дома с помощью заземляющего элемента, чтобы «мы знали», какой потенциал у нее есть. в. Но вы можете привести такой аргумент, что это может привести к опасному потенциалу любого изолированного источника питания. Поэтому я не думаю, что это веский аргумент и единственная причина. Кроме того, отдельные трансформаторы / источники питания иногда используются с единственной целью защиты от ударов - так почему бы нам просто не изолировать всю землю от нашей электросети? Ха - ха.

Очевидно, что заземление шасси больше не было бы необходимым, если бы нейтраль не была привязана к земле - потому что прикосновение к металлическому корпусу не было бы опасным, если бы по какой-либо причине устройство стало работоспособным (то есть аналогично ситуации 2).

TL; DR: единственная причина, по которой мы привязываем землю к нейтрали, чтобы мы знали, что земля под нами равна 0 В относительно активной? Или есть какая-то другая причина?

Есть четыре причины для обоснования нейтральной.

1. Заземление нейтрали обеспечивает общую справочную информацию для всех устройств, подключенных к системе питания. Это делает соединения между устройствами безопасными (r).

2. Без земли статическое электричество будет накапливаться до такой степени, что в распределительном устройстве произойдет искрение, что приведет к значительной потере передаваемой мощности, перегреву, пожару и т. Д.

3. При использовании плавающей системы возможно короткое замыкание между внутренней и соседней системами через заземляющий тракт, как показано ниже. Включение света в вашем доме может привести к включению света и в соседнем доме. Эта характеристика крайне непредсказуема.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

4. Наконец, если заземлить обратный путь к нейтрали, короткое замыкание на заземленное шасси устройства приводит к предсказуемому результату с точки зрения срабатывания предохранителя или размыкателя. Это обеспечивает большую упреждающую защиту для пользователя.

В итоге

В простой модели кажется, что не привязывать землю обратно к нейтральной будет безопаснее. Однако в действительности в распределенной системе электропитания нет гарантии, так как у вас нет возможности узнать, есть ли какой-то другой путь назад к трансформатору по другому маршруту. То есть, в пункте 3 выше, вы можете подвергнуться риску поражения электрическим током так же, как если бы ваша нейтраль была заземлена.

В конце концов, другие преимущества привязки к нейтральной позиции перевешивают одно возможное, но ненадежное преимущество изоляции.

ПРИМЕЧАНИЕ. С пункта 4 происходит смена парадигмы в том, как вам нужно думать о соединении нейтраль-земля. Не думайте о нейтрали, соединенной с землей, но вместо этого думайте о заземлении, соединенном с нейтралью, чтобы позволить току от замыкания на землю вернуться к трансформатору.

То, о чем вы говорите, - это изолированная система . У меня есть расширенный трактат об этом здесь . В изолированной системе «первое замыкание на землю свободно» (и становится связью нейтрали-заземления). Это идея, которую вы продвигаете.

Проблема вторая. Если у вас не будет технического персонала, активно проводящего тестирование изоляции, а также отслеживание и устранение этого первого замыкания на землю, оно будет молча, необнаружено и подождет . Так что вы снова в том же положении , только сейчас, вы не представляете, будет ли жаркий или нейтральный летальный исход для вас сегодня.

Существует также ошибка в том, что вы обнаружили один вариант использования, где ваша идея лучше, но вы не учитываете все другие варианты использования. NFPA делает и считает их всех сбалансированными и разрабатывает лучшие практики, которые спасут большинство жизней и домов. Это буквально их работа, будучи Национальной Ассоциацией Противопожарной защиты.

Также изолированная система не работает, если у вас нет собственного трансформатора, потому что вся система должна находиться под общим обслуживанием, чтобы вы могли гарантировать, что она остается изолированной. У меня есть роскошь иметь свой собственный трансформатор. Я запустил его как «изолированную систему» ​​случайно (неисправная связь нейтрального заземления). «Первый отказ» действительно молча провалился и застал меня врасплох. Я обнаружил это после отключения питания от сети и отсоединения проводов от розетки. Я вспыхнул на землю, чтобы убедиться, что цепь была отключена, и это снова зажгло цепь! Какая??? Оказывается, на неродственной цепи, горячая замыкалась на землю. Земля была 120 В от нейтрального везде в системедаже в цепях, которые были выключены! Это очень плохо, и просто такая ерунда, которая случается в изолированных системах, которые не обслуживаются грамотно. Сбой молчания - это плохо.

Скажу так: это был хороший проверочный тест для предыдущей работы, который представлял собой полную переделку сайта с десятками серьезных дефектов.

В IT-сети , где обе линии на сокете работают, GFCI не будет работать ни по одной ошибке .
Который имеет преимущества в некоторых системах с высокой непрерывностью (например, операционные), одна ошибка не отключает все.
Но вам нужно будет активно отслеживать одиночные неисправности с помощью контроля изоляции .

Вместо этого мы заземляем нейтраль, чтобы даже при одной неисправности защитные механизмы работали. Мы называем это ТТ-сетью .

Это не имеет ничего общего с безопасностью прикосновения. SELV (безопасное сверхнизкое напряжение 42 В) предназначено для влажных помещений и безопасных прикосновений.

Как отметил Нейл, общая картина такова, что вы являетесь частью большой электрической сети, и если бы она где-то не была заземлена, вся эта чертова штука была бы высоко - возможно, до $ молнии.

Ваш второй вопрос «Разве не было бы безопаснее просто плавать?», Становится очень интересным вопросом, когда у вас есть локальная, не подключенная солнечная энергетическая система. Электрические регуляторы (здесь) обязывают вас заземлять N, но на самом деле это только делает его более безопасным.

Это тема, которую мы (установка солнечной энергии) обсуждали довольно долго без хорошего заключения.

В телевизионной лаборатории мы предписали использовать изолирующий трансформатор для гальванической развязки нашего тестируемого устройства от сети. Это сделало телевизор безопасным для прикосновения, одной рукой. Это также сделало телевизор безопасным для тестирования, т.е. для подключения заземления вашего осциллографа к цепи. Но когда вы подключаете заземленный прицел к плавающему контуру, он снова становится заземленным и, в принципе, небезопасным на ощупь!

Чтобы добраться до сути, у нас был закон, что запрещается подключать удлинитель к изолирующему трансформатору. Используйте один трансформатор на устройство. В противном случае становится слишком легко дотронуться до двух устройств и выяснить сложный способ, которым одно «горячее» по сравнению с другим. Вы не можете гальванически отделить целое здание и ожидать, что цепь останется плавающей и безопасной.

Помимо непреднамеренного заземления через какое-либо устройство также существует ток утечки на землю через конденсаторы. Ваш компьютер имеет гальванически развязанный источник питания, поэтому к нему можно прикасаться. Но между первичной массой и вторичной обмоткой имеется короткое замыкание для короткого замыкания электромагнитных помех SMPS. Если заземление не подключено, и вы касаетесь корпуса, то ток 50-60 Гц через этот C (и C трансформатора) вызывает покалывание. Соедините 10 таких устройств с 10 Cs вместе без явного заземления любого из них, и это покалывание становится шоком. Вот почему вы должны использовать розетку с заземлением для современных электронных устройств. [править: добавлена ​​схема из другого потока Генри Круна]

Основной причиной является перегорание защитных предохранителей, чтобы обеспечить достаточный ток повреждения для этой цели. Однако это также помогает ограничить отклонения напряжения при трехфазном распределении.

Жить на землю шасси является распространенной ошибкой. Без привязки нейтрали к земле значительный ток не протечет, чтобы перегореть предохранитель и отключить ток под напряжением.

Рассмотрим трехфазный местный распределительный трансформатор, 240 В фазы до N, 415 В между фазами. Если замыкание под напряжением заземления заземляет красную фазу, то напряжение N станет равным 240 В на землю, а синие и желтые фазы - на 415 В на землю, что увеличивает нагрузку на изоляцию во всех других свойствах, принимая их однофазное питание от того же трансформатора. ,

Одним словом ответ: Предсказуемость.

Иногда для сети лучше быть предсказуемым, чем «иногда» или «обычно» быть безопаснее / дешевле / лучше каким-либо другим способом. Предсказуемость делает возможной глобальную безопасность / эффективность / результативность, поскольку она упрощает использование сети и конструирование подключенных к ней вещей. Вы решаете проблемы один раз, а не при каждой реализации.

Здесь, в Австралии, у нас есть так называемая система MEN. Множественная нейтраль Земли, МЭК описывает систему MEN как систему TN-CS (Terra Neutral Combined Seperate), что является причудливым способом сказать; Нейтральный и заземляющий проводники - это функционально и физически один и тот же проводник между точкой звезды распределительного трансформатора и точкой питания, которая будет в собственности потребителя.

Именно в точке питания объединенный проводник разделяется на два физических проводника: нейтраль и землю. Основная клемма заземления затем подключается к большей массе земли через главный провод заземления и заземляющий контакт. Этот процесс повторяется в каждом свойстве и, таким образом, является частью системы, которую мы называем системой PME (Защитная множественная земля).

Причина, по которой система PME прямолинейна, чем дальше от трансформатора, тем выше потенциал на нейтральном проводнике относительно земли. Система PME позволяет нарастать напряжение на землю в каждом свойстве и таким образом поддерживает постоянное низкое напряжение нейтрали. Поддерживая нейтральное напряжение на как можно ближе к потенциалу земли в качестве возможных дает использовать хорошую опорное напряжение и средство для смягчения разности напряжений, возникающей между открытой токопроводящими частями оборудования и посторонние проводящими частями через уравнивание потенциалов.

Наличие заземляющего проводника позволяет автоматически отключать электропитание в случае короткого замыкания на землю по току короткого замыкания на пути с низким полным сопротивлением, достаточным для работы устройства защиты цепи.

Ток неисправности всегда хочет найти свой путь назад к источнику (трансформатору).

Итак, чтобы ответить на ваш вопрос; Заземление на самом деле является очень сложной частью любой распределительной системы и является неотъемлемой частью защитных устройств, позволяя им функционировать так, как они были спроектированы. Проводник заземления не получает должного доверия за то, что он делает !!!

Этот полюс электропитания за пределами моего дома демонстрирует преимущество заземления нейтрального провода. Провод под напряжением расположен сам по себе в самом высоком и безопасном месте, в то время как нейтральный провод находится ниже полюса.

Смысл заземляющих устройств в том, что если (реально когда) имеется замыкание на деталь, к которой можно прикоснуться, создается цепь, ток течет быстро в течение очень короткого периода времени, а затем защита от перегрузки по току в ответвлениях об отключении наблюдатель, что есть проблема. Нейтраль связана с тем, что потенциальная опасность короткого замыкания может быть обнаружена и защищена от него. Я думаю, что лучшим примером важности является тостер, который подключает питание к шасси. Если он заземлен, выключатель срабатывает каждый раз, когда вы подключаете тостер, и вы либо ремонтируете его, либо получаете новый. Если тостер не заземлен, на шасси тостера находится сетевой потенциал, ожидающий, когда вы завершите замыкание на землю (например, прикоснувшись к тостеру одной рукой и утонув другой). Вторая ситуация оставляет вас в значительной опасности. Если розетка не защищена GFCI, вы можете увидеть, как несколько ампер проходят через вас в течение нескольких мс, прежде чем отключится традиционный магнитный выключатель. Этого более чем достаточно, чтобы нанести серьезный урон и / или убить в зависимости от пути. Если нейтраль не привязана к земле, нет уверенности в том, что короткое замыкание отключит защиту от перегрузки по току.