Земля и нейтраль - Ground and neutral

Для использования терминов «заземление» или «земля» в электричестве, но не в контексте сетевой проводки, см. земля (электричество).

Как нейтральная точка электроснабжение система часто подключается к земле земля, заземление и нейтраль тесно связаны. При определенных условиях дирижер используется для подключения к нейтрали системы, также используется для заземления оборудования и конструкций. Ток, протекающий по заземляющему проводнику, может вызвать нежелательные или опасные напряжения появляющийся на оборудовании корпуса, поэтому установка заземляющих проводов и нейтральных проводов строго определена в электротехнических правилах. Если нейтральный провод используется также для соединения корпусов оборудования с землей, необходимо следить за тем, чтобы нулевой провод никогда не достиг высокого напряжения относительно местного заземления.

Определения

Земля или земной шар в сеть (AC мощность) электропроводка система представляет собой проводник, обеспечивающий низко-сопротивление путь к земле, чтобы предотвратить появление опасного напряжения на оборудовании (скачки высокого напряжения).[нужна цитата ] Условия земля и земной шар используются в этом разделе как синонимы; земля чаще встречается в североамериканском английском, и земной шар чаще встречается в британском английском. В нормальных условиях заземляющий провод не проводит ток. Заземление также является неотъемлемой частью домашней электропроводки, поскольку оно заставляет автоматические выключатели срабатывать быстрее (т. Е. GFI ), что безопаснее. Для добавления нового заземления требуется квалифицированный электрик, обладающий специальными знаниями в области распределения электроэнергии.

Нейтральный является проводником цепи, который обычно замыкает цепь обратно к источнику. Нейтраль обычно соединяется с землей (землей) на главной электрической панели, уличном падении или счетчике, а также на конечном понижающем трансформаторе источника питания. Это для простых однопанельных установок; для нескольких панелей ситуация более сложная. в многофазном (обычно трехфазном) Система переменного тока, нейтральный провод должен иметь такое же напряжение, что и все остальные проводники цепи, но может пропускать очень небольшой ток, если фазы сбалансированы.

Все нейтральные провода одной и той же заземленной (заземленной) электрической системы должны иметь одинаковый электрический потенциал, поскольку все они соединены через заземление системы. Нейтральные проводники обычно заизолированы для того же напряжения, что и линейные, за любопытными исключениями.[1]

Схема

Нейтральные провода обычно подключаются к нейтрали. автобус внутри щитков или распределительных щитов, и «соединены» с землей либо на электрическом служебном входе, либо на трансформаторах внутри системы. Для электроустановок с двухфазный (трехпроводная однофазная сеть), нейтральная точка системы находится в центральном ответвлении на вторичной стороне рабочего трансформатора. Для более крупных электрических установок, например, с многофазный обслуживания, нейтральная точка обычно находится на общем соединении на вторичной стороне трансформаторы, подключенные по схеме треугольник / звезда. Другое расположение многофазных трансформаторов может привести к отсутствию нейтральной точки и нейтральных проводников.

Системы заземления

Основная статья: Система заземления

В IEC стандарт (IEC 60364 ) кодифицирует методы установки нулевого и заземляющего проводов в здании, где эти системы заземления обозначаются буквенными обозначениями. Буквенные символы распространены в странах, использующих стандарты IEC, но в практике Северной Америки символы IEC редко используются. Различия в том, что жилы могут быть отдельными на всем протяжении от оборудования до заземления или могут быть объединены на всей своей длине или на ее части. Для минимизации разницы напряжений между нейтралью и местным заземлением используются разные системы. Ток, протекающий по заземляющему проводнику, будет вызывать падение напряжения вдоль проводника, и системы заземления стремятся гарантировать, что это напряжение не достигнет небезопасных уровней.

В системе TN-S между оборудованием и источником питания (генератором или трансформатором электросети) устанавливаются отдельные нейтральный провод и провод защитного заземления. Нормальные токи цепи протекают только в нейтрали, а провод защитного заземления связывает все корпуса оборудования с землей, чтобы перехватить любой ток утечки из-за нарушения изоляции. Нейтральный проводник соединен с землей в точке электроснабжения здания, но нет общего пути к земле для тока цепи и защитного проводника.

В системе TN-C общий провод обеспечивает как нейтраль, так и защитное заземление. Нейтральный провод подключается к заземлению в точке питания, а корпуса оборудования подключаются к нейтрали. Существует опасность того, что разорванное соединение нейтрали позволит всем корпусам оборудования подняться до опасного напряжения, если в каком-либо оборудовании существует утечка или нарушение изоляции. Это можно уменьшить с помощью специальных кабелей, но в этом случае стоимость будет выше.

В системе TN-C-S каждое электрическое оборудование имеет как соединение защитного заземления с корпусом, так и нейтральное соединение. Все они возвращаются к некоторой общей точке в системе здания, и затем из этой точки выполняется общее соединение с источником питания и с землей.

В системе TT не используется длинный общий провод защитного заземления, вместо этого каждый элемент электрического оборудования (или распределительная система здания) имеет собственное соединение с заземлением.

Согласно индийскому CEAR , Правило 41, система заземления:

  • Нейтральный провод 3-фазной 4-проводной системы и средний провод 2-фазной 3-проводной системы должны иметь как минимум два отдельных и разных заземляющих соединения с как минимум двумя разными заземляющими электродами, чтобы обеспечить сопротивление заземления удовлетворительное значение.
  • Заземляющие электроды должны быть соединены между собой для уменьшения сопротивления заземления.
  • Нейтральный провод также должен быть заземлен в одной или нескольких точках распределительной системы или линии обслуживания в дополнение к любому соединению на стороне пользователя.

Объединение нейтрали с землей

Блуждающие напряжения Создаваемые в заземляющих проводниках токами, протекающими в нейтральных проводниках питающей сети, могут возникнуть проблемы. Например, могут потребоваться специальные меры в стойлах, используемых для доения молочного скота. Очень малое напряжение, обычно не воспринимаемое людьми, может вызвать низкий удой или даже мастит (воспаление вымени).[2]В системе распределения электроэнергии доильного зала могут потребоваться так называемые «фильтры напряжения покалывания».

Подключение нейтрали к корпусу оборудования обеспечивает некоторую защиту от неисправностей, но может создавать опасное напряжение на корпусе, если соединение нейтрали нарушено.

Комбинированные нейтральный и заземляющий проводники обычно используются в энергоснабжающие компании 'проводка, а иногда и фиксированная проводка в зданиях и для некоторых специализированных приложений, где нет альтернативы, например железнодорожные пути и трамваи. Поскольку нормальные электрические токи в нейтральном проводе могут привести к нежелательным или опасным разницам между местным потенциалом земли и нейтралью, и для защиты от обрыва нейтрали следует принимать специальные меры, такие как частое заземление (несколько соединений заземляющих стержней), использование кабелей, объединенная нейтраль и земля полностью окружают фазный провод (-ы) и толще, чем обычно эквипотенциальный соединение необходимо учитывать, чтобы гарантировать безопасность системы.

Стационарная техника по трехпроводной схеме

В США случаи некоторых кухонные плиты (плиты, духовки), готовить топы, сушилки для одежды и другие конкретно перечисленные приборы были заземлены через свои нейтральные провода в качестве меры по сохранению меди от медные кабели в течение Вторая Мировая Война. Эта практика была удалена из NEC в редакции 1996 года, но существующие установки (так называемые "старые работы") могут допускать случаи таких перечисленные приборы должны быть подключены к нулевому проводу для заземления. (Канада не приняла эту систему и вместо этого в это время и в настоящее время использует отдельные нейтральный и заземляющий провода.)

Эта практика возникла из трехпроводная система используется для питания нагрузок как на 120 В, так и на 240 В. Потому что эти перечисленные В приборах часто есть компоненты, которые используют либо 120, либо и 120, и 240 вольт, часто на нейтральном проводе есть ток. Это отличается от провода защитного заземления, который пропускает ток только при неисправности. Использование нейтрального проводника для заземления корпуса оборудования считалось безопасным, поскольку устройства были постоянно подключены к источнику питания, и поэтому вероятность разрыва нейтрали без разрыва обоих проводов питания была маловероятной. Кроме того, несимметричный ток из-за ламп и небольших двигателей в приборах был мал по сравнению с номиналом проводов и, следовательно, вряд ли вызвал большое падение напряжения в нейтральном проводе.

Портативная техника

В североамериканской и европейской практике для небольшого переносного оборудования, подключенного с помощью набора шнуров, разрешается при определенных условиях иметь только два провода в соединительной вилке. А поляризованный штекер может использоваться для сохранения идентичности нейтрального проводника в приборе, но нейтраль никогда не используется в качестве заземления корпуса / корпуса. Маленькие шнуры к лампам и т. Д. Часто имеют один или несколько формованных выступов или встроенных цепочек для идентификации нейтрального проводника или могут быть идентифицированы по цвету. Переносные приборы никогда не используют нейтральный провод для заземления корпуса и часто имеют "с двойной изоляцией " строительство.

В местах, где дизайн вилка и розетка не может гарантировать, что нейтральный провод системы подключен к определенным клеммам устройства («неполяризованные» вилки), переносные приборы должны быть спроектированы с учетом того, что любой полюс каждой цепи может достигать полного основного напряжения по отношению к земле.

Техническое оборудование

В североамериканской практике оборудование, подключенное с помощью шнура, должно иметь три провода, если питается исключительно напряжением 240 вольт, или должно иметь четыре провода (включая нейтраль и землю), если питание осуществляется напряжением 120/240 вольт.

В NEC есть специальные положения для так называемого технического оборудования, в основном профессионального аудио и видео оборудования, питаемого по так называемым "сбалансированным" цепям на 120 вольт. Центральный отвод трансформатора соединен с землей, и оборудование питается двумя линейными проводами, каждый по 60 вольт на землю (и 120 вольт между линейными проводниками). Центральный ответвитель не распределяется по оборудованию, и нейтральный провод не используется. В этих случаях обычно используется заземляющий провод, который отделен от защитного заземляющего проводника специально для уменьшения шума и шума.

Другая специализированная система распределения ранее была предусмотрена в зонах обслуживания пациентов больниц. Изолированная система питания была оборудована специальным изолирующим трансформатором с целью минимизировать любой ток утечки, который может проходить через оборудование, непосредственно подключенное к пациенту (например, электрокардиограф для наблюдения за сердцем). Нейтраль цепи не была подключена к земле. Ток утечки был связан с распределенной емкостью проводки и емкостью питающего трансформатора. [3] Такие распределительные системы контролировались стационарно установленными приборами, чтобы подавать сигнал тревоги при обнаружении высокого тока утечки.

Общий нейтральный

А общий нейтральный представляет собой соединение, в котором множество цепей используют одно и то же нейтральное соединение. Это также известно как общий нейтральный, а цепи и нейтраль вместе иногда называют Схема Эдисона.

Трехфазные цепи

В трехфазной цепи нейтраль делится между всеми тремя фазами. Обычно нейтраль системы подключается к нейтрали на питающем трансформаторе. Это причина того, что вторичная обмотка большинства трехфазных распределительных трансформаторов имеет звездообразную или звездообразную обмотку. Трехфазные трансформаторы и связанные с ними нейтрали обычно используются в промышленных распределительных сетях.

Систему можно было сделать совершенно незаземленной. В этом случае короткое замыкание между одной фазой и землей не вызовет значительного тока. На самом деле это плохая схема. Обычно нейтраль заземляется (заземляется) через соединение между шиной нейтрали и шиной заземления. В более крупных системах принято контролировать любой ток, протекающий по линии нейтраль-земля, и использовать это как основу для защиты нейтрали от короткого замыкания.

Соединение между нейтралью и землей позволяет любому замыканию фазы на землю развивать ток, достаточный для «отключения» устройства максимальной токовой защиты цепи. В некоторых юрисдикциях требуются расчеты, чтобы гарантировать, что полное сопротивление контура короткого замыкания достаточно низкое, чтобы ток короткого замыкания отключил защиту (в Австралии это упоминается в AS3000: 2007 Расчет импеданса контура короткого замыкания). Это может ограничить длину ответвленной цепи.

В случае двух фаз, совместно использующих одну нейтраль, в наихудшем случае потребление тока, когда одна сторона имеет нулевую нагрузку, а другая - полную нагрузку, или когда обе стороны имеют полную нагрузку. В последнем случае получается 1 + 1 @ 120deg = 1 @ 60deg, т. Е. Величина тока в нейтрали равна величине тока двух других проводов.

В трехфазной линейной цепи с тремя одинаковыми резистивными или реактивными нагрузками через нейтраль нет тока. Нейтраль проводит ток, если нагрузки на каждой фазе не идентичны. В некоторых юрисдикциях нейтраль может быть уменьшена в размере, если не ожидается несбалансированного тока. Если нейтраль меньше, чем фазные проводники, она может быть перегружена, если возникнет большая несимметричная нагрузка.

Ток, потребляемый нелинейными нагрузками, такими как люминесцентные и HID-осветительные приборы, а также электронное оборудование, содержащее импульсные источники питания, часто содержит гармоники. Токи тройной гармоники (нечетные кратные третьей гармонике) являются аддитивными, что приводит к большему току в общем нейтральном проводе, чем в любом из фазных проводников. В самом худшем случае ток в общем нейтральном проводе может быть втрое больше, чем в каждом фазном проводе. В некоторых юрисдикциях запрещено использование общих нейтральных проводов при питании однофазных нагрузок от трехфазного источника; другие требуют, чтобы нейтральный проводник был значительно больше, чем фазные проводники. Хорошей практикой является использование четырехполюсных автоматических выключателей (в отличие от стандартных трехполюсных), где четвертый полюс является нейтральной фазой и, следовательно, защищен от перегрузки по току на нейтральном проводе.

Разделенная фаза

Основная статья: Двухфазная электроэнергия

В двухфазной проводке, например, дуплексная розетка на кухне в Северной Америке устройства могут быть подключены с помощью трехжильного кабеля в дополнение к заземлению. Три проводника обычно окрашены в красный, черный и белый цвета. Белый цвет служит общей нейтралью, а красный и черный по отдельности питают верхнюю и нижнюю горячие стороны емкости. Обычно такие розетки питаются от двух автоматических выключателей, у которых ручки двух полюсов связаны вместе для общего отключения. Если одновременно используются два больших прибора, ток проходит через оба, а нейтраль несет только разницу в токе. Преимущество состоит в том, что для обслуживания этих нагрузок требуется всего три провода вместо четырех. Если один кухонный прибор перегружает цепь, другая сторона дуплексной розетки также отключается. Это называется многопроволочная ответвленная цепь. Общее отключение требуется, когда подключенная нагрузка использует более одной фазы одновременно. Общее отключение предотвращает перегрузку общей нейтрали, если одно устройство потребляет ток, превышающий номинальный.

Проблемы с заземлением

Отсутствие заземляющего соединения или недостаточная мощность может не обеспечивать защитные функции, как задумано, во время неисправности подключенного оборудования. Дополнительные соединения между землей и нейтралью цепи могут привести к циркулирующему току в пути заземления, паразитному току, введенному в землю или в конструкции, и паразитное напряжение.[нужна цитата ] Дополнительные заземляющие соединения на нейтральном проводе могут обойти защиту, обеспечиваемую прерывателем цепи от замыкания на землю. Сигнальные цепи, основанные на заземлении, не будут работать или будут работать неустойчиво, если заземление отсутствует.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Например, в североамериканской практике подвесной служебный входной кабель имеет два изолированных проводника, которые намотаны на оголенный нейтральный провод и поддерживаются им.
  2. ^ Томас Дж. Дайверс, Саймон Фрэнсис Пик (редактор),Болезни Ребхуна молочного скота, Elsevier Health Sciences, 2008 г., ISBN  1-4160-3137-5 стр. 389–390
  3. ^ Лесли А. Геддес Справочник по опасностям и несчастным случаям, связанным с электрическим током, CRC Press, 1995 г. ISBN  0849394317, стр. 90-91

дальнейшее чтение