Tại sao chúng ta không luôn luôn cô lập nguồn cung cấp chính?

Một cái gì đó gây ấn tượng với tôi: để bảo vệ con người, trung tính của nguồn cung được kết nối ở phía nhà cung cấp với Trái đất, do đó, rò rỉ qua mặt đất được phát hiện khi ví dụ ai đó chạm vào pha (các thiết bị hiện tại còn lại làm điều đó). Nó không bảo vệ những người sẽ chạm vào pha trung tính + cùng một lúc.

Nhưng hãy đợi một phút, nếu trung tính không được kết nối với trái đất (về cơ bản là trường hợp khi chúng ta cô lập nguồn cung cấp chính), sẽ không có đường đi qua trái đất nên không có cơ hội rò rỉ. Vậy tại sao nguồn cung được tạo ra như thế này thì tôi lại bỏ lỡ điều gì?

Hình để minh họa - đường nét đứt ngăn cách phía nhà cung cấp và phía người dùng.

Hệ thống điện mà chúng tôi sử dụng được thiết kế gần 100 năm trước và được hiện đại hóa rất ít. Tiếp đất và liên kết là cần thiết để thổi cầu chì trong trường hợp ngắn đến một vỏ bọc, hoặc mặt đất. Nền tảng là một lựa chọn hợp lý sau đó, và ngày nay không thể chấp nhận được.

Thay đổi để làm cho nó an toàn hơn sẽ không xảy ra, bởi vì quan niệm sai lầm, rằng nền tảng là một điều thiết yếu. Nó quá cố thủ. Thợ điện là nỗi kinh hoàng của bất kỳ thay đổi, và trong nhiều năm họ đã được dạy rằng tiếp đất cứu mạng sống.

Nối đất và liên kết thực sự là nguyên nhân lớn nhất của điện giật.

Nhưng không phải tất cả các mạch là có căn cứ. Đồng bằng 3 pha công nghiệp ở Bắc Mỹ không có căn cứ, và có khả năng an toàn hơn.

Những gì chúng ta nên có bây giờ là:

Mạch bị cô lập bởi một máy biến áp, nối đất qua điện trở cao và được theo dõi xem có rò rỉ nào không. Hệ thống này đã tồn tại, nhưng mục đích chính không phải là để bảo vệ con người, mà là loại bỏ pha thành vòng cung mặt đất.

Ví dụ, hiện tại bề mặt của bếp điện được kết nối với một dây dẫn liên kết, được kết nối trong bảng điều khiển với một trung tính, đi đến một máy biến áp. Bề mặt của bếp được nối với một chân của máy biến áp. Trung tính được nối đất tại máy biến áp và tại một tòa nhà, nhưng những căn cứ đó không tốt lắm. Thông thường ít nhất 5 đến 10 Ohm. Các kết nối rắn là đến máy biến áp.

Đây là lý do tại sao chạm vào bếp và pha có thể gây chết người.

Đây là cách nó được thực hiện tại Hoa Kỳ và Canada Đây là một giải pháp tốt hơn. Một bộ ngắt mạch đất sẽ được sử dụng. Một người chạm đất và dây sống sẽ có dòng điện giới hạn chạy qua chúng, và bộ ngắt mạch sẽ ngắt nguồn điện. Hệ thống này không bảo vệ khỏi sốc dòng. Cảm biến điện trở hoạt động theo nguyên tắc giảm điện áp, điện trở cũng giới hạn dòng sự cố ở mức an toàn. Các lỗi nối đất hoạt động theo nguyên tắc từ tính và nó so sánh dòng điện trong các dây đến. Nếu một dòng điện cao hơn, nó tắt.

Đại đa số mọi người chỉ tiếp xúc với điện thông qua một thiết bị, công cụ hoặc thiết bị khác. Nếu bạn kết nối trung tính với trái đất và trái đất, tất cả các thiết bị, bộ ngắt mạch sẽ có khả năng bị ngắt nếu điện trở đất đủ thấp. Nếu bạn cô lập trung tính, bạn sẽ không biết trừ khi bạn vô tình chạm vào trung tính hoặc trung tính tiếp xúc với trái đất, trong trường hợp đó bạn bị sốc, không phải là bộ ngắt mạch. Tùy chọn thứ 1 vẫn là lựa chọn an toàn hơn.

Đây cũng là lý do tại sao ở nhiều quốc gia, điện trở đất cần phải dưới một giá trị nhất định trước khi bạn nhận được chứng nhận.

Ngoại lệ duy nhất là các thiết bị và công cụ cách điện kép được chế tạo theo cách mà vỏ bọc không bao giờ có thể trở nên sống động. Những thiết bị này sẽ không được nối đất theo bất kỳ cách nào vì điều đó sẽ lại làm tăng nguy cơ sốc nếu dây đất sẽ sống qua một thiết bị khác vô tình bị rò rỉ.

Bằng cách không kết nối nguồn điện đất với trung tính, bạn cho phép điện áp đường dây của tường "nổi". Tức là, mặc dù đường dây nóng và trung tính sẽ luôn là 120VAC đối với nhau, nhưng không có gì ngăn cản họ tăng lên trên tiềm năng mặt đất. Hình que bên phải sẽ gây ra một cú sốc khó chịu nếu đường dây lơ lửng trên mặt đất - điều này chắc chắn có thể xảy ra (điều đó xảy ra với tôi! Mặc dù cơ chế này khác, hãy xem câu hỏi của tôi ở đây: Kết nối máy biến áp trung tâm với trái đất mặt đất; hoặc, tại sao tôi bị điện giật? ).

chỉnh sửa: hình đang chạm vào dây sống! Tôi đã không nhìn thấy điều đó. Anh ấy sẽ bị hạ gục ngay cả khi bạn kết nối trung lập với Trái đất. Nhưng nếu bạn không kết nối trung tính với Trái đất, chạm vào nó có thể hạ gục bạn. Hơn nữa, hầu hết những thứ bạn cắm vào tường đều được "nối đất" thông qua pin trung tính. Nếu đó là nổi, bạn có thể bị điện giật chỉ cần chạm vào máy nướng bánh mì của bạn!

Bạn đúng rằng sự cô lập sẽ ngăn cú sốc chạm trực tiếp vào dây sống, nhưng lại mang đến những vấn đề khác. Đây cũng là một cái gì đó được sử dụng trong các ứng dụng mà người ta cần thêm an toàn thất bại trong trường hợp quần short xuống đất (không cần phải tắt ngay lập tức trong trường hợp có một lỗi), nhưng cẩn thận rằng các vấn đề bên dưới được xử lý chính xác. Các trường hợp này được thực hiện là ví dụ:

• trong ICU trong bệnh viện, nơi hầu hết các thiết bị được cách ly hoàn toàn.
• trong ngành hóa chất nơi mất điện thậm chí có thể nguy hiểm (ví dụ như phản ứng tỏa nhiệt)
• khu vực cần bảo vệ đặc biệt chống lại vụ nổ (ví dụ như khai thác than)
• trên tàu
• đôi khi bởi đội cứu hỏa khi sử dụng máy phát điện cầm tay

Nó cũng không được thực hiện đơn giản như bạn đã vẽ, ví dụ vỏ kim loại vẫn được nối đất và mặt thứ cấp của máy biến áp có kết nối với trái đất, nhưng chỉ trong phạm vi vài kΩ.

Lưới cung cấp như vậy thường bị giới hạn trong khu vực, vì tìm thấy một lỗi là tương đối khó. Hầu hết thời gian cũng được theo dõi vĩnh viễn để cách ly (với thiết bị giám sát cách điện) để phát hiện các lỗi đơn trước khi chúng gây ra sự cố.

Cách bạn vẽ hệ thống bạn có thể gặp nhiều vấn đề (không phải là danh sách đầy đủ):

• Bạn không thể sử dụng RCD để tránh chạm vào, ví dụ như các trường hợp thiết bị có dây trực tiếp bị ngắn. Nó sẽ không phải là vấn đề của riêng nó, nhưng sẽ trở thành một vấn đề nếu bạn chạm vào bất cứ thứ gì được nối đất (ống nước, sưởi ấm, trong khu vườn của bạn, thậm chí có thể là phòng khách của bạn - tùy thuộc vào sự cách ly của bạn với trái đất trong trường hợp đó) hoặc ví dụ như một thiết bị khác trong đó trung tính được kết nối với trường hợp (theo thiết kế hoặc do tình cờ).
• Bạn phải theo dõi rằng mạng của bạn không bao giờ được kết nối với mặt đất tại bất kỳ điểm nào (theo thiết kế (được tạo cho một quốc gia khác) hoặc do tai nạn).
• Bạn sẽ có vấn đề với các lá chắn của ví dụ cáp mạng. Bạn phải kết nối chúng ở đâu đó, nhưng bạn không thể kết nối chúng với mặt đất nữa. Có thể kết nối chúng với trung tính? Sau đó, bạn nhận được một dòng bù qua tấm chắn, vì mức trung tính khác nhau của mỗi thiết bị (vì dòng trở lại và điện trở ohmic của dây trung tính)

Quan điểm của bạn cũng bỏ qua khớp nối điện dung giữa các đường dây điện.

Mọi vật thể có thể mang điện tích đều ở một số tiềm năng được tham chiếu đến trái đất. Chẳng hạn, ngọn Thundercloud có thể đạt tới tiềm năng bề mặt hơn một tỷ volt. Chọn zero volt là tiềm năng trung bình thực sự là lựa chọn an toàn nhất; bất kỳ điện áp nào khác sẽ cao hơn và do đó khả năng bị điện giật sẽ tồi tệ hơn.

Đối với một số câu đố có liên quan, ngày nay, điện ba pha được mang đến các ngôi nhà tốt nhất là trong một dây cáp có năm dây dẫn: Điện áp đường dây L1, L2, L3; Trung tính và Trái đất. Nhưng trở lại thời xưa ở nông thôn khi đồng khan hiếm, sẽ chỉ có bốn: L1, L2, L3 và đường kính Trung tính nhỏ hơn nhiều, để tiết kiệm vật liệu. Và Neutral sẽ được kết nối với trái đất theo nghĩa đen, sử dụng một chiếc đinh đồng có chiều dài ít nhất một mét, được lái vào đất bên hông nhà bạn. Theo hiểu biết của tôi, điều này không được thực hiện ngày hôm nay. Nhưng nó mang lại một số ý nghĩa cho thuật ngữ "trái đất" trong dây dẫn điện và làm sáng tỏ tính thực tế của việc sử dụng trái đất.

Khi trung tính được kết nối chặt chẽ với trái đất, có một an toàn cộng: khi dây cáp điện làm phá vỡ, do tác động của một kẻ đào hay một cây rơi xuống, trái đất đưa ra một con đường tiến hành cho hiện tại, có thể được phát hiện và lỗi rơle tại trạm điện có thể tắt nguồn trong cáp. Tương tự, nếu một thiết bị điện của bạn bị hỏng, rất có thể nó sẽ thổi cầu chì trong hộp cầu chì của bạn nếu tấm chắn trong thiết bị của bạn bị nối đất.

Rất mong muốn xây dựng các thiết bị sao cho khi chúng bị tắt hoặc bị nổ cầu chì, không một bộ phận nào trong số chúng có thể cung cấp dòng điện vào mặt đất, ngay cả khi có lỗi trong các thiết bị khác trên cùng một mạch. Điều này đòi hỏi một cách hiệu quả rằng tất cả các dây dẫn điện có thể cấp nguồn hoặc chìm dòng điện đáng kể khi tiềm năng của chúng khác biệt đáng kể so với mặt đất phải luôn luôn được chuyển đổi hoặc ngắt kết nối đồng thời. Việc nối dây nóng dễ dàng hơn và rẻ hơn rất nhiều và dây trung tính được chỉ định không được sử dụng so với việc bảo vệ dây nóng và trung tính với "cầu chì hai cực" được chế tạo sao cho tình trạng quá dòng trên cả hai dây sẽ ngắt cả hai . Mặc dù nó có thể để xây dựng cầu chì trong thời trang như vậy, thiết kế như vậy là nhiều đắt hơn cầu chì độc lập.

Trong trường hợp không có trung tính được chỉ định / bắt buộc, một thiết bị phát triển ngắn giữa một trong các dây dẫn điện và mặt đất của nó có thể khiến dây dẫn bị chập điện hoạt động như "trung tính" và thiết bị kia hoạt động như "nóng". Nếu một thiết bị khác trên cùng một mạch chỉ chuyển đổi hoặc hợp nhất cùng một dây dẫn điện như thiết bị đầu tiên phát triển ngắn, toàn bộ thiết bị thứ hai sẽ hoạt động (so với mặt đất) ngay cả khi đã tắt - một nguy cơ tiềm ẩn tình trạng.

Nếu tất cả các thiết bị chuyển đổi hoặc hợp nhất cả hai đầu vào nguồn, nó sẽ không thành vấn đề nóng và trung tính. Tuy nhiên, có một trung tính được chỉ định, có thể giúp các thiết bị chuyển đổi hoặc cầu chì một cách an toàn chỉ một dây dẫn duy nhất, thay vì phải đảm bảo ngắt kết nối đồng thời cả hai dây dẫn. Đó là một chiến thắng khá lớn.

Hệ thống điện, như bạn nói, cũ. Nó không phải là không thể chấp nhận mặc dù. (Tôi đang ở Úc nên hơi khác so với Mỹ, nhưng về nguyên tắc thì không nhiều lắm.)

Trung tính được kết nối với tiềm năng trái đất, như đã được giải thích, do đó, nếu có sự cố ngắn mạch với mặt đất / khung gầm / trái đất trong một thiết bị, cầu chì sẽ nổ.

Cầu chì thực sự là sự bảo vệ duy nhất chúng ta có trong nhiều thập kỷ. Bây giờ, ngoài ra, chúng ta có các thiết bị dòng điện rò rỉ và dòng dư còn lại, theo nghĩa đen là đo sự khác biệt của dòng điện tức thời trong các dây dẫn hoạt động và trung tính.

Nếu có sự khác biệt, điều đó có nghĩa là một dòng điện nào đó đang đi qua thiết bị xuống đất, như trong trường hợp tủ lạnh nơi hơi ẩm gây ra sự theo dõi dòng điện qua bụi bẩn vào khung của tủ lạnh. Khả năng khác là hiện tại đang đi qua một người xuống đất thông qua đôi giày của họ ... và có lẽ trái tim của họ!

Đó là lý do tại sao sự đổi mới tương đối gần đây này rất quan trọng và hoạt động cùng với bảo vệ mạch thông thường ở dạng cầu chì và cầu dao.

Ở Úc, chúng tôi gọi RCD (Thiết bị hiện tại còn lại) là "Công tắc an toàn". Họ chính xác là như vậy!

Thế là kết thúc bài học.

Thật không may, không có câu trả lời nào trên trang này dường như đề cập đến một điều khá quan trọng về máy biến áp cao áp, khiến chúng khá rẻ / giá cả phải chăng: cách điện được phân loại. Từ những gì hóa ra là một trong những cuốn sách yêu thích của tôi (khi trả lời các câu hỏi ở đây), Căn cứ để tiếp đất (của Joffe và Lock) đây là con số liên quan:

Nếu không nối đất trung tính, bạn không thể sử dụng cách điện được phân loại. Tôi chỉ đưa vào đây con số cho máy biến áp cao áp ban đầu tại khu vực máy phát điện, nhưng cách điện được phân loại tương tự áp dụng cho tất cả các máy biến áp trạm trên mạng phân phối đối với người tiêu dùng.

EDIT: Tôi đoán tôi không nên rời khỏi sự lơ lửng này. Vì bạn không thể loại bỏ tiếp đất trên phân phối điện áp cao, khi bạn kết hợp hệ thống cung cấp điện áp thấp không có căn cứ với nó, bạn có khớp nối điện dung như đã đề cập ở cuối câu trả lời của Andreas Wallner . Các tác động của một sự cố chạm đất trong một hệ thống không có nền tảng lớn nghiêm trọng hơn một thí nghiệm máy biến áp gia đình (rò rỉ) có thể gợi ý . Theo IEEE Std 141-1993, bạn có thể thấy điện áp quá độ cao gấp năm lần điện áp danh định trong trường hợp như vậy khi xảy ra hiện tượng gọi là điện áp đất. (Thông tin tương tự được lặp lại trong http://www.hv-eng.com/2010IASGrounding.pdf ) Có một lời giải thích trực quan về hiện tượng vũ trang tạihttp://www.electrotechnik.net/2011/05/arcing-grounds.html Tôi không thực sự chắc chắn về độ tin cậy của nguồn sau này, nhưng về cơ bản nó nói rằng vòng cung hình thành và phá vỡ nhiều lần đó là lý do bạn nhận được quá áp (được cho là gấp 3-4 lần danh nghĩa trong nguồn đó). Có nhiều cách để ngăn chặn những điều đó, nhưng phân phối điện áp thấp không có căn cứ không đơn giản như một máy biến áp cách ly trong mụn cóc tường loại II.

EDIT2: Bài thuyết trình IAS thực sự giải thích quá điện áp do phát sinh một cách khoa học hơn về mặt mạch cộng hưởng hình thành. Đây thực sự là một bài thuyết trình rất hay, nhưng khá dài và thời gian EE của tôi ngày hôm nay khá hạn chế ... Hướng tới phần giữa (trong số hơn 100 slide), người ta phải nói về nền tảng điện trở cao (HRG) là một cách để có được một số lợi ích của việc không nối đất (giảm nguy cơ sốc) mà không có nhiều nhược điểm, nhưng than ôi chỉ áp dụng cho tải ba pha; HRG không thể được sử dụng với tải một pha. Vì vậy, chúng tôi có lẽ sẽ không nhìn thấy nó trong phân phối dân cư.