Perché il neutro del main è legato alla terra?

Mio padre è un elettricista e io stesso sono un ingegnere elettronico, e fino ad oggi non è stato ancora in grado di darmi una buona ragione.

Considera le due immagini / situazioni seguenti - entrambe nello stesso caso, ma con neutro non legato alla terra nel secondo. Mi scuso per i diagrammi scadenti, ma immagina che stiano attaccando una forchetta in una spina / coltello in un tostapane / ecc. per toccare attivo.

Nella prima foto, la persona riceve una scossa elettrica. Custodia classica Questo perché c'è una differenza di 240 V CA tra la mano della persona e la terra ai suoi piedi. La cosa fondamentale da notare qui è che è stata la differenza a 240 V CA a causare lo shock.

Nella seconda immagine, la persona tocca di nuovo il filo attivo, tuttavia, poiché la terra non è collegata al neutro, non vi è alcuna differenza garantita di 240 V CA. Nessuna. Come collegare una sola estremità della batteria a una luce, questa situazione non ha un circuito chiuso. Pertanto, l'unico modo per ricevere una scossa è se una persona è rimasta attiva e neutra allo stesso tempo - cosa che dovresti cercare di uccidere se lo facessi in qualche modo (cioè il mio punto è che la maggior parte delle scosse elettriche sono causate da -> potenziale di terra, non attivo -> neutro - e , legando neutro a terra non fa nulla per prevenire attivi -> shock di potenziale neutro).

Sì, la terra potrebbe fluttuare e potrebbe essere "qualsiasi" potenziale in riferimento a attivo, ed è bello legarlo al neutro nelle centrali elettriche, nelle prese del trasformatore e all'esterno della nostra casa con un palo di terra, quindi "sappiamo" quale potenziale si trova a. Ma potresti argomentare che potrebbe sorgere un potenziale pericoloso per qualsiasi alimentatore isolato. Quindi non penso che sia un argomento solido e l'unica ragione. Inoltre, a volte i trasformatori / alimentatori isolati vengono utilizzati al solo scopo di proteggere dagli urti, quindi perché non isolare l'intera terra dalla nostra rete elettrica? Haha.

Ovviamente, il telaio di messa a terra non sarebbe più necessario neanche se il neutro non fosse legato alla terra - perché toccare l'involucro di metallo non sarebbe pericoloso se per qualche ragione il dispositivo diventasse attivo (vale a dire come nella situazione 2).

TL; DR: è l' unica ragione per cui leghiamo la terra al neutro in modo da sapere che il terreno sotto di noi è 0V rispetto all'attivo? O c'è qualche altra ragione?

Ci sono quattro ragioni per fondare il neutro.

1. Il neutro di messa a terra fornisce un riferimento comune per tutte le cose collegate al sistema di alimentazione. Ciò rende sicure le connessioni tra i dispositivi (r).

2. Senza messa a terra, l'elettricità statica si accumula fino al punto in cui si verificherà un arco nel quadro causando una perdita significativa di potenza trasmessa, surriscaldamento, incendi ecc.

3. Con un sistema flottante è possibile avere un corto tra i sistemi interni e quelli vicini attraverso il percorso di terra come mostrato di seguito. Accendere una luce nella tua casa può far accendere una luce anche nella casa dei tuoi vicini. Questa caratteristica è altamente imprevedibile.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

4. Infine, dando a terra un percorso di ritorno in folle, un cortocircuito verso il telaio messo a terra di un apparecchio provoca un risultato prevedibile in termini di risposta di un fusibile o di un interruttore. Ciò fornisce una grande protezione preventiva all'utente.

In sintesi

In un modello semplice sembra che non legare il terreno al neutro sarebbe più sicuro. Tuttavia, in realtà, in un sistema di alimentazione distribuito non esiste alcuna garanzia in quanto non si ha modo di sapere se esiste un altro percorso di ritorno al trasformatore attraverso un percorso diverso. Cioè, al punto 3 sopra, potresti essere in pericolo di essere fulminato come se il tuo neutro fosse messo a terra.

Alla fine, gli altri vantaggi di riportare il terreno al neutro superano quello possibile, ma inaffidabile, dell'isolamento.

NOTA: dal punto 4 c'è un cambio di paradigma nel modo in cui è necessario pensare alla connessione neutro-terra. Non pensare al neutro collegato a terra, ma pensa invece alla terra collegata al neutro per consentire alla corrente da un corto a terra di ritornare al trasformatore.

Quello di cui stai parlando è un sistema isolato . Ho un trattato esteso su questo qui . In un sistema isolato, "il primo guasto verso terra è libero" (e diventa il legame neutro). Questa è l'idea che stai promuovendo.

Il problema è il secondo. A meno che non abbiate un personale addetto alla manutenzione che esegue attivamente i test di isolamento, insegue ed elimina quel primo errore di messa a terra, fallirà silenziosamente, non verrà rilevato e rimarrà in attesa . Quindi sei tornato nella stessa situazione , solo ora, non hai idea se il caldo o il neutro ti saranno letali oggi.

C'è anche l'errore di aver scoperto un caso d'uso in cui la tua idea è migliore, ma non riesci a considerare tutti gli altri casi d'uso. L'NFPA fa, e li considera tutti in equilibrio, e sviluppa le migliori pratiche che salveranno la maggior parte delle vite e delle case. Questo è letteralmente il loro lavoro, essendo la National Fire Prevention Association.

Inoltre, un sistema isolato non funziona se non si dispone del proprio trasformatore, poiché l'intero sistema deve essere sottoposto a manutenzione comune in modo da poter garantire che rimanga isolato. Ho il lusso di avere il mio trasformatore. L'ho usato per caso come un "sistema isolato" (legame neutro difettoso). La "prima colpa a terra" in effetti fallì in silenzio e mi colse di sorpresa. L'ho scoperto dopo aver diseccitato un circuito e aver staccato i cavi da una presa. Ho fatto un lampo caldo a terra solo per assicurarmi che il circuito fosse spento, e questo ha riacceso il circuito! Che cosa??? Si scopre su un circuito non correlato, caldo era guasto a terra. Il terreno era a 120 V da neutro in tutto il sistemaanche su circuiti che sono stati spenti! È super male, e proprio il tipo di assurdità che si verifica su sistemi isolati che non sono mantenuti con competenza. Il silenzio non riuscito è CATTIVO.

Dirò questo: è stato un buon test di validazione per il lavoro precedente, che era un completo ricablaggio di un sito che aveva dozzine di gravi difetti.

Su una rete IT , dove sono attive entrambe le linee sul socket, GFCI non funzionerebbe su un singolo errore .
Il che ha dei vantaggi in alcuni sistemi ad alta continuità (es. Sale operatorie), un singolo errore non spegne tutto.
Ma dovrai monitorare attivamente i singoli guasti usando il monitoraggio dell'isolamento .

Invece, siamo neutrali in modo che anche su un singolo guasto funzionino i meccanismi di protezione. Questa è una rete TT .

Non ha nulla a che fare con la sicurezza al tocco. SELV (bassissima tensione di sicurezza 42 V) è per aree umide e sicurezza al tocco.

Come ha sottolineato Neil, il quadro generale è che fai parte di una grande rete elettrica, e se non fosse collegato a terra da qualche parte, l'intera dannata cosa fluttuerebbe in alto - forse a $ fulmini.

La tua seconda domanda "Non sarebbe più sicuro farlo galleggiare", diventa una domanda molto interessante quando si dispone di un sistema di energia solare locale e non collegato. I reg elettrici (qui) ti obbligano a mettere a terra N, ma in realtà, questo lo sta solo rendendo non più sicuro.

Questo è un argomento di cui (installando l'energia solare) abbiamo discusso a lungo senza una buona conclusione.

Nel laboratorio TV abbiamo prescritto l'uso di un trasformatore di isolamento per separare galvanicamente il nostro dispositivo in prova dalla rete. Ciò ha reso la TV sicura da toccare, con UNA mano. Ha inoltre reso sicuro il televisore da testare, ad esempio per collegare la terra dell'oscilloscopio al circuito. Ma quando si collega un ambito collegato a terra a un circuito flottante, questo viene nuovamente messo a terra e, in linea di principio, non è sicuro da toccare!

Per arrivare al punto, avevamo una legge secondo cui è vietato collegare una presa multipla a un trasformatore di isolamento. Utilizzare un trasformatore per dispositivo. Altrimenti diventa troppo facile toccare due dispositivi e scoprire nel modo più duro che uno è "caldo" rispetto all'altro. Non è possibile separare galvanicamente un intero edificio e aspettarsi che il circuito rimanga mobile e sicuro.

Oltre alla messa a terra involontaria attraverso alcuni dispositivi c'è anche una corrente di dispersione verso terra, attraverso i condensatori. Il computer ha un alimentatore separato galvanicamente, quindi è sicuro da toccare. Ma c'è una C tra la terra primaria e la secondaria per cortocircuitare l'IME dell'SMPS. Se la terra non è collegata e tocchi il case, la corrente di 50-60 Hz attraverso quella C (e la C del trasformatore) ti dà un formicolio. Collegare 10 di questi dispositivi con 10 C insieme senza mettere a terra esplicitamente nessuno di essi e quel formicolio diventa uno shock. Ecco perché dovresti usare una presa con terra per i moderni dispositivi elettronici. [modifica: aggiunto schema da un altro thread Henry Crun]

Il motivo principale è bruciare i fusibili di protezione, per garantire che la corrente di guasto sia sufficiente a tale scopo. Tuttavia aiuta anche a limitare le escursioni di tensione nella distribuzione trifase.

Dal vivo alla terra del telaio è un errore comune. Senza il neutro legato alla terra, nessuna corrente significativa fluirebbe per bruciare il fusibile e scollegare la corrente.

Si consideri un trasformatore di distribuzione locale trifase, da 240 V fase a N, 415 V tra fasi. Se un guasto dal vivo alla terra avesse messo a terra la fase rossa, allora N sarebbe diventato 240v a terra e le fasi blu e gialla sarebbero diventate 415v a terra, mettendo più stress sull'isolamento in tutte le altre proprietà prendendo la loro alimentazione monofase dallo stesso trasformatore .

Una sola risposta: prevedibilità.

A volte, è meglio che una rete sia prevedibile che "a volte" o "di solito" sia più sicura / più economica / migliore in qualche altro modo. La prevedibilità rende possibili sicurezza / efficienza / efficacia globali , poiché semplifica l'uso della rete e la progettazione delle cose collegate. Risolvi i problemi una volta, invece che ad ogni implementazione.

Qui in Australia abbiamo quello che viene chiamato un sistema MEN. Multiple Earth Neutral, la IEC descrive il sistema MEN come un sistema TN-CS (Terra Neutral Combined Separato) che è un modo elegante di dire; il neutro e il conduttore di terra sono funzionalmente e fisicamente lo stesso conduttore tra il punto stella del trasformatore di distribuzione e il punto di alimentazione, che sarà di proprietà del consumatore.

È al punto di alimentazione che il conduttore combinato si separa in due conduttori fisici, il neutro e la terra. Il terminale di terra principale viene quindi collegato alla maggiore massa della terra tramite il conduttore di terra principale e un picchetto di terra. Questo processo si ripete in ogni proprietà e quindi fa parte di un sistema che chiamiamo il sistema PME (terra multipla protettiva).

Il motivo per cui il sistema PME è diretto, più si ottiene dal trasformatore maggiore aumenta il potenziale sul conduttore neutro rispetto alla terra. Il sistema PME consente all'aumento di tensione di scendere a terra in corrispondenza di ciascuna proprietà e quindi di mantenere costantemente bassa la tensione neutra. Mantenendo la tensione neutra il più vicino possibile al potenziale di terra, è possibile utilizzare una buona tensione di riferimento e un mezzo per mitigare le differenze di tensione che appaiono tra le parti conduttive esposte dell'attrezzatura e le parti conduttive estranee attraverso il collegamento equipotenziale.

Avere un conduttore di terra consente la disconnessione automatica dell'alimentazione in caso di cortocircuito verso terra per guasto di corrente un percorso a bassa impedenza sufficiente a far funzionare il dispositivo di protezione del circuito.

La corrente di guasto vuole sempre risalire all'origine (il trasformatore).

Quindi per rispondere alla tua domanda; la messa a terra è in realtà una parte molto complessa di qualsiasi sistema di distribuzione e costituisce parte integrante dei dispositivi di protezione consentendo loro di funzionare come sono stati progettati. Il conduttore di terra non ha abbastanza credito per quello che fa !!!

Questo polo di potenza fuori da casa mia mostra un vantaggio di avere il filo neutro messo a terra. Il filo sotto tensione si trova da solo nel punto più alto e più sicuro, mentre il filo neutro è più in basso sul palo.

Il punto dei dispositivi di messa a terra è che se (realisticamente quando) è presente un cortocircuito verso una parte, è possibile toccare un circuito, la corrente scorre rapidamente per un periodo di tempo molto breve e quindi la protezione da sovracorrente sulla diramazione fa scattare un avviso uno spettatore che c'è un problema. Il neutro è legato al terreno a cui il potenziale pericolo di un corto può essere percepito e protetto contro. Penso che un esempio migliore dell'importanza sia un tostapane che sta cortocircuitando la rete verso il telaio. Se è collegato a terra, l'interruttore si apre ogni volta che si collega il tostapane e lo si corregge o ne si ottiene uno nuovo. Se il tostapane non è collegato a terra, il potenziale di rete è seduto lì sul telaio del tostapane in attesa che tu completi il ​​circuito a terra (come toccare il tostapane con una mano e affondare con l'altra). La seconda situazione ti mette in grave pericolo. Se la presa non è protetta con un GFCI, è possibile che vi siano diversi ampli che vi attraversano per diversi ms prima che intervenga un interruttore magnetico tradizionale. Questo è più che sufficiente per causare gravi danni e / o uccidere a seconda del percorso. Se il neutro non è legato a terra, non vi è alcuna certezza che un cortocircuito farà scattare la protezione da sovracorrente.