Почему ток уходит в землю: «Почему при заземлении почти весь заряд тела уходит в землю?» – Яндекс.Кью

Что такое заземление, или просто о простом / Хабр

Добого времени суток, читатели.

Давно читаю ресурс, хорошая штука. Решил привнести и я немного ясности в нашу жизнь, а именно — в простую, казалось бы, вещь — заземление.

Навеяно статьей, но после прочтения комментариев у меня закрались сомнения — а всем ли понятно о сути заземления? Захотел добавить кое-что от себя, простыми словами, безо всяких ПУЭ. Ведь заземление — это защита, а стало быть — важно.

Итак:

Заземление — 2 вида по функционированию

1.

Электропроводяшие части корпуса оборудования (шкафы, etc.) соединены с нулем. Это, как правильно подсказывают, называется «занулением». Работает таким образом: корпус оборудования соединен с нулем и при попадании фазы на корпус происходит КЗ и вышибает автомат. Никто не пострадал.

2.

Если есть контур заземления, то электропроводящие части корпуса оборудования и etc., к которым может прикоснуться человек (и любой читатель этого топика), соединены с этим контуром. Как работает? Ток не «утекает» и не «впитывается» в землю, не утекает в среднюю точку обмоток трансформатора, с ним мало чего происходит. При пробое на корпус все, в т.ч. и контур здания становится под тем же напряжением, что и корпус. Контур соединен и с землей (той, по которой ходим), а значит, человека не ударит током — в цепи уравнены потенциалы. Все становится под фазой.

Почему не довольствоваться одними лишь автоматами? Да потому, что время срабатывания не равно нулю у любого суперавтомата. Земля действует быстрее любого УЗО!

Про молниезащиту

Немаловажную роль в этом играет заземление (не буду писать слово «грамотно выполненное по всем ГОСТ» — топик рассчитан на простое понимание основы заземления, а не на изучение нормативов). Здесь цепь выглядит по-другому: в облаках скапливается потенциал по отношению к земле и при достижении определенной величины он разрядится (а вот здесь — да, ток уходит в землю, выравнивая потенциалы неба и земли, ибо такая цепь). Через проводящие материалы. Здесь важно, чтобы не через людей и оборудование. Делают молниеотводы, и их подключают к контуру. Толстыми железяками, чтобы уменьшить сопротивление, чтобы максимум тока потекло через наименьшее сопротивление. Но все равно — на протяженные провода и кабели ток наведется — и не мало вольт. Ток с вольтами могут пожечь все. Здесь помогают УЗИПы. Там стоят разрядники, которые при срабатывании на возросшее напряжение/ток замыкают все жилы кабеля на землю.

Такой вот краткий топик основ.

З.Ы. Здесь есть отличные иллюстрации

Явления при стекании тока в землю : Механика и Техника

Цитата:

Это и имелось ввиду мною. Разве импеданс не будет зависеть от длины пути тока (как в формуле для расчета сопротивления проводника)?

Будет естественно.

Цитата:

А релейная защита не должна в таком случае срабатывать?

Только если на подстанции стоит дифавтомат. Если честно, я таковых на силовых подстанциях не встречал, хотя и не работал с ними (подстанциями) особо. А без него все нормально — автоматические выключатели никакого превышения допустимого тока не заметят, трансу тоже все равно — так или иначе, но закон Кирхгофа-то соблюдается.

Цитата:

И что касается червяков, соседей и шахтеров — речь идет о шаговом напряжении или еще о каких-то явлениях от которых они охреневают?

О шаговом напряжении.

Цитата:

То есть шаговое напряжение, а точнее распределение потенциалов на поверхности земли зависит именно от падения напряжения на импедансе почвы?

Конечно. Собственно, как и любое напряжение — разница потенциалов двух точек. А потенциалы на поверхности земли вокруг упавшего провода изменяются — можно даже построить эквипотенциальные линии — они будут иметь сложные замкнутые контуры, «выпячиваясь» в сторону направления на подстанцию.
Важно учитывать, что это падение напряжения будет только при условии протекания тока, если тока нет — потенциал везде будет равен потенциалу упавшего провода.

Цитата:

В сетях с изолированной нейтралью замыкание на землю является безопасным пока, стоя на земле, не дотронешься до «здоровой» фазы?

Так точно. Ну или до нуля, тряхнет меньше, но тряхнет.
В специальных случаях (не на гражданских объектах), допускается не землить ноль, в частности для того, чтобы сохранить работоспособность комплекса при попадании одной фазы на землю. Но это «не земление» должно быть хорошо обосновано.

P.S. Фактически, заземление нуля подразумевает, что тряхнет в любом случае, если схватиться за фазу, только напряжение будет в раз меньше линейного, если схватиться за фазу, стоя на земле. Заземленный ноль позволяет диагностировать КЗ фазы на землю с помощью относительно простых автоматических выключателей и отключить сеть, а также позволяет применить дифавтоматы для защиты человека и противопожарной.

В случае с изолированной нейтралью можно хвататься за фазу, стоя на земле, без последствий. Однако попадание одной фазы на землю не диагностируется, и схватившийся за другую фазу человек при уже попавшей другой фазе на землю получает полное линейное напряжение. КЗ возможно диагностировать только при попадании двух и более фаз (или нуля и фазы) на землю, дифавтоматы при такой схеме неприменимы.

Конечно, я имею ввиду по диагностированию КЗ на землю случай, когда например фаза падает на стально пол, явно соединенный с нулем, или на корпус прибора. Если фаза падет на почву, то сопротивление почвы в общем случае слишком велико для срабатывания защитного автомата.

Что такое «фаза», «ноль» и «земля», и зачем они нужны.

Сегодня решил попробовать разобраться с тем, что такое «фаза», «ноль» и «земля».
Небольшой поиск в Гугле по этому поводу выявил, что в основном люди в интернете отвечают на этот вопрос каждый по-своему, где-то неполно, где-то с ошибками.
Я решил разобраться в этом вопросе досконально, в результате чего появилась эта статья.
Достаточно длинная, но в ней всё объяснено, в том числе, что такое фаза, ноль, земля, как это всё появилось и зачем всё это нужно.

Если очень кратко, то фаза и ноль — для электричества, а земля — только для заземления корпусов электроприборов, во имя спасения жизни человека в случае утечки электрического тока на корпус электроприбора.

Если начать с самого начала: откуда берётся электричество?
Все электростанции построены на одном и том же принципе: если магнит вращать внутри катушки (создавая тем самым периодическое «переменное» магнитное поле), то в катушке возникает «переменный» электрический ток (и, соответственно, «переменное» напряжение).
Этот величайший по своему значению эффект называется в физике «ЭлектроДвижущей Силой индукции», она же «ЭДС индукции», была открыта в середине XIX века.

«Переменное» напряжение — это когда берётся обычное «постоянное» напряжение (как от батарейки), и изгибается по синусу, и оно поэтому то положительное, то отрицательное, то снова положительное, то снова отрицательное.

Напряжение на катушке является «переменным» по своей природе (никто его специально не изгибает) — просто потому что таковы законы физики (электричество из магнитного поля можно получить только тогда, когда магнитное поле «переменное», и поэтому получаемое на катушке напряжение тоже всегда будет «переменным»).

Итак, значит, где-то в дебрях электростанции вращается магнит (для примера — обычный, а в реальности — «электромагнит»), называемый «ротором», а вокруг него, на «статоре», закреплены три катушки (равномерно «размазаны» по поверхности статора).

Вращается этот магнит, не человеком, не рабом, и не огромным сказочным големом на цепи, а, например, потоком воды на мощной ГидроЭлектроСтанции (на рисунке магнит стоит на оси турбины в «Генераторе»).

Поскольку в таком случае (случае вращения магнита на роторе) магнитный поток, проходящий через катушки (неподвижные на статоре), периодически меняется во времени, то в катушках на статоре создаётся «переменное» напряжение.

Каждая из трёх катушек соединена в свою отдельную электрическую цепь, и в каждой из этих трёх электрических цепей возникает одинаковое «переменное» напряжение, только сдвинутое («по фазе») на треть окружности (120 градусов из полных 360-ти) друг относительно друга.

Такая схема называется «трёхфазным генератором»: потому что есть три электрических цепи, в каждой из которых (одинаковое) напряжение сдвинуто по фазе.
(на рисунке выше «N-S» — это обозначение магнита: «N» — северный полюс магнита, «S» — южный; также на этом рисунке вы видите те самые три катушки, которые для упрощения понимания маленькие и стоят отдельно друг от друга, но в реальности они по ширине занимают треть окружности и плотно прилегают друг к другу на кольце статора, так как в таком случае получается больший КПД генератора электроэнергии)

Можно было бы с одной такой катушки оба конца проводки просто взять и вести к дому, а там от них чайник запитать.
Но можно сэкономить на проводах: зачем тащить в дом два провода, если можно один конец катушки просто тут же заземлить (воткнуть в землю), а от второго конца вести провод в дом (этот провод назовём «фазой»).
В доме этот провод подсоединяется, например, к одному штырьку вилки чайника, а другой штырёк вилки чайника — заземляется (грубо говоря, просто втыкается в землю).
Получим то же самое электричество: одна дырка в розетке будет называться «фазой», а вторая дырка в розетке будет называться «землёй».

Теперь, раз уж у нас три катушки, сделаем так: скажем, «левые» концы катушек соединим вместе и прямо тут же заземлим (воткнём в землю).
А оставшиеся три провода (получается, это будут «правые» концы катушек) по отдельности потянем к потребителю.

Получится, мы тянем к потребителю три «фазы».

Вот мы и получили «трёхфазный ток», идущий от генератора «трёхфазного тока».
Это «трёхфазное» напряжение идёт по проводам Линии ЭлектроПередач (ЛЭП) к нам во двор, в дворовую подстанцию (домик такой стоит, рядом с детской площадкой, со знаком «осторожно, высокое напряжение»).
И не только «к нам во двор» — по всей огромной России тянули наши предки эти ЛЭПы во времена ударных пятилеток коммунизма (а это огого какая гигантская работа: тянули электричество, прокладывали дороги, осушали болота, заводы строили по всей стране, поднимали целину — это не в офисах под кондиционерами сидеть).

Изобретён этот «трёхфазный ток» был в самом конце XIX века.
Передача электричества в виде именно трёхфазного тока, как некоторые говорят, экономичнее (возможно, меньше потерь в проводах, или что-нибудь типа того), и там ещё, говорят, у него есть разные преимущества над обычным током для промышленного применения.
Например, все вращающиеся штуки на заводах — станки там, двигатели, насосы, и прочее — сделаны именно для трёхфазного тока, поскольку гораздо легче построить вращающуюся штуковину на трёхфазном токе: достаточно просто точно так же подсоединить эти три фазы к трём катушкам на кольце, и в центр вставить металлический стержень с рамкой — и будет он сам крутиться, как только пойдёт ток.
Такой агрегат называется «трёхфазным двигателем».
Поскольку изначально электричеством заморачивались именно на заводах (не было тогда ещё в домах компьютеров, холодильников и люстр), то исторически всё идёт от промышленности в первую очередь.
Поэтому, видимо, ток из электростанции в ЛЭП пускают всегда трёхфазным, с напряжением 35 килоВольтов между фазами (а сила тока в проводах при этом — около 300 Амперов).

Такое высокое напряжение нужно, потому что нужна большая мощность тока: весь город энергию ест, как-никак, да и различные заводы потребляют порою огого сколько мощности: металлургические, например.
Большую мощность тока можно получить либо повышая силу тока, либо повышая напряжение (потому что мощность тока — это сила тока умноженная на напряжение).
При этом чем больше сила тока, тем больше энергии тратится впустую при преодолении сопротивления проводов при передаче электроэнергии на расстояние по проводам (потерянная энергия равняется силе тока в квадрате, умноженной на сопротивление проводов — именно поэтому чем толще провода в ЛЭП, тем экономичнее, потому что чем толще провод, тем меньше его сопротивление).
Поэтому экономически целесообразно повышать мощность передаваемого тока, наращивая не силу тока, а напряжение (напряжению никак не мешает сопротивление проводов — такова его природа).

Потребитель потребляет из розетки именно мощность (силу тока, умноженную на напряжение), а не отдельно ток и не отдельно напряжение, поэтому его не волнует, в каком виде эта мощность к нему в дом придёт по проводам: будет ли там больше тока и меньше напряжения, или, наоборот, больше напряжения и меньше тока — потребителя волнует только мощность в целом.

Поэтому на электростанции, перед передачей электроэнергии в провода ЛЭП, излишнюю силу тока, выработанного электрогенератором, перегоняют в напряжение, а при приёме тока в «подстанции» во дворе вашего дома выполняется обратное преобразование — излишнее напряжение перегоняют обратно в силу тока, поскольку к этому моменту весь путь по ЛЭП уже успешно пройден электроэнергией с минимальными потерями.

Прямо всю силу тока перекачать в напряжение не получится, потому что при гигантских напряжениях в проводах возникают свои сложности (может пробить через изоляцию, например, или зажарить человека, проходящего под ЛЭП, или ещё чего-нибудь).

Вот забавное видео про короткое замыкание ЛЭП в 110 килоВольтов — весёлый феерверк:

Занимательный факт: при длине ЛЭП переменного тока более нескольких тысяч километров возникает ещё один вид потерь — радиоизлучение. Так как такая длина уже сравнима с длиной электромагнитной волны частотой 50 Гц, провод работает как антенна.

Я уже объяснил, что такое «фаза» и что такое «земля», и дальше я объясню, что такое «ноль» («нулевой провод») и зачем он нужен. Объяснение займёт следующие несколько абзацев, и может показаться непростым, но для понимания того, что такое «ноль», придётся понять это объяснение.

Для упрощения, пока представим, что как будто бы трёхфазный генератор стоит не на ГидроЭлектроСтанции, а прямо у нас в квартире. Условно «левые» концы катушек на статоре мы, как и раньше, соединяем вместе.

Такой способ соединения называется соединением по схеме «звезда». Полученная точка соединения трёх фазных проводов называется «нейтралью».

«Нейтраль» обычно заземляют для большей безопасности: если нейтраль не заземлить, то потом когда одна из фаз случайно замкнётся на землю где-нибудь в доме, то полученная электрическая цепь будет разомкнутой — не будет токопроводящего пути от места касания фазой земли в доме обратно на эту фазу на подстанции. А если бы нейтраль заземлили на подстанции, то обратный путь с земли в доме на фазу на подстанции прошёл бы через землю: землю можно в данном случае представить как огромный проводник, хотя строго говоря это и не так, она же не металлическая, но для наглядности можно представить её как один огромный проводник. Итак, при отсутствии заземления «нейтрали» на подстанции, при коротком замыкании фазы на землю ток из фазы в землю не пойдёт (или, может быть, пойдёт, но будет относительно небольшим), и такая неисправность не будет засечена специально созданными для этого приборами («автоматами»), и эти приборы («автоматы») не смогут вовремя предотвратить опасное замыкание фазы на землю, выключив электричество. Подробнее принцип работы «автоматов» описан в конце этой статьи. А если вас заинтересует более подробное объяснение, зачем используется именно заземлённая нейтраль, то можете прочесть его по этой ссылке.

В «нейтральной» точке, как можно посчитать по школьным формулам тригонометрии (или на глаз отмерить по графику с тремя фазами напряжения, который я давал в начале статьи), суммарное напряжение равно нулю. Всегда, в любой момент времени. Вот такая интересная особенность. Поэтому она и называется «нейтралью».

Теперь возьмём и подсоединим к «нейтрали» провод, и этот, получается, уже четвёртый провод тоже будет тянуться рядом с тремя фазными проводами (и ещё рядом будет тянуться пятый провод — это «земля», которой можно будет заземлить корпус подключенного электроприбора).

Получается, от генератора теперь будет идти четыре провода (плюс пятый — «земля»), а не три, как раньше.
Подключим эти провода к какой-нибудь нагрузке (например, к какому-нибудь трёхфазному двигателю, который тоже стоит у нас в квартире).
(на рисунке ниже генератор изображён слева, а трёхфазный двигатель — справа; точка G — это «нейтраль»).

На нагрузке (на двигателе) все три фазных провода тоже соединяются в одну точку (только не напрямую, чтобы не было короткого замыкания, а через некоторые большие сопротивления), и получается ещё одна такая «как бы нейтраль» (точка M на рисунке).
Теперь соединим четвёртый провод (идущий он «нейтрали»; точка G на рисунке) с этой второй «как бы нейтралью» (точка M на рисунке), и получим так называемый «нулевой провод» (идущий от точки G к точке M).

Зачем нужен этот «нулевой» провод?
Можно было бы, как и раньше, не заморачиваться, и просто подсоединять одну из фаз на один шпенёк вилки чайника, а другой шпенёк вилки чайника соединять с землёй, как мы делали раньше, и чайник бы нормально работал.
Вообще, как я понял, так и делали в старых советских домах: там от подстанции в дом заходят только два провода — провод фазы и провод земли.
В новых же домах (новостройках) в квартиры входят уже три провода: фаза, земля и этот «ноль». Это более прогрессивный вариант. Это европейский стандарт.
И правильно соединять фазу именно с нулём, а землю вообще оставить в покое, отдав ей только роль защиты от удара током (именно такой смысл должно нести слово «заземление», и никакого отношения к потреблению тока в розетке оно иметь не должно).
Потому что если все на землю ещё и ток будут пускать, то само заземление станет опасным — абсурд получится, будет поставлен с ног на голову весь смысл заземления.

Теперь немного математики, для тех, кто умеет её считать, и для тех, кто ещё не устал: попробуем посчитать напряжение между фазой и «нейтралью» (то же самое, что между фазой и «нулём»).
(вот ещё ссылка с расчётами, если кто-то захочет заморочиться этим)
Пусть амплитуда напряжения между каждой фазой и «нейтралью» равна U (само напряжение переменное, и скачет по синусу от минус амплитуды до плюс амплитуды).
Тогда напряжение между двумя фазами равно:
U sin(a) — U sin(a + 120) = 2 U sin((-120)/2) cos((2a + 120)/2) = -√3 U cos(a + 60).
То есть, напряжение между двумя фазами в √3 («квадратный корень из трёх») раз больше напряжения между фазой и «нейтралью».
Поскольку наш трёхфазный ток на подстанции имеет напряжение 380 Вольт между фазами, то напряжение между фазой и нулём получается равным 220 Вольтам.
Для этого и нужен «ноль» — для того, чтобы всегда, при любых условиях, при любых нагрузках в сети, иметь напряжение в 220 Вольт — ни больше, ни меньше. Оно всегда постоянно, всегда 220 Вольт, и вы можете быть уверены, что пока вся электрика в доме правильно подсоединена, у вас ничего не сгорит.
Если бы не было нулевого провода, то при разной нагрузке на каждую из фаз возник бы так называемый «перекос фаз», и у кого-то что-то могло бы сгореть в квартире (возможно даже в прямом смысле слова, вызвав пожар). Например, банально могла бы загореться изоляция проводки, если она не является пожаробезопасной.

До сих пор мы для простоты рассматривали случай воображаемого трёхфазного генератора, стоящего прямо в квартире.
Поскольку расстояние от квартиры до дворовой подстанции мало, и на проводах можно не экономить, то можно (и нужно, так же удобнее) перенести этот воображаемый трёхфазный генератор из квартиры в подстанцию.
Мысленно перенесли.
Теперь разберёмся с воображаемостью генератора. Понятно, что реальный генератор стоит не на подстанции, а где-нибудь далеко, на ГидроЭлектроСтанции, за городом. Можем ли мы на подстанции, имея три входящих фазных провода от ЛЭП, как-нибудь их соединить так, чтобы получилось всё то же самое, как если бы генератор стоял прямо в этой подстанции? Можем, и вот как.
В дворовой подстанции приходящее с ЛЭП трёхфазное напряжение снижается так называемым «трёхфазным» трансформатором до 380 Вольт на каждой фазе.
Трёхфазный трансформатор — это в простейшем случае просто три самых обычных трансформатора: по одному на каждую фазу
В реальности его конструкцию немного улучшили, но принцип работы остался тем же самым:


Бывают маленькие, и не очень мощные, а бывают большие и мощные:
Таким образом, входящие фазные провода от ЛЭП не прямо подсоединяются и заводятся в дом, а идут на этот огромный трёхфазный трансформатор (каждая фаза — на свою катушку), из которого уже «бесконтактным» способом, через электромагнитную индукцию, передают электроэнергию на три выходные катушки, от которых она идёт по проводам в жилой дом.
Поскольку на выходе из трёхфазного трансформатора имеются те же самые три фазы, которые вышли из трёхфазного генератора на электростанции, то здесь можно точно так же одни концы (условно, «левые») этих трёх выходных катушек трансформатора соединить друг с другом, чтобы получить «нейтраль» у себя на подстанции. А из нейтрали — вывести в жилой дом четвёртый «нулевой провод», вместе с тремя фазными (идущими от условно «правых» концов этих трёх выходных катушек трансформатора). И ещё добавить пятый провод — «землю».

Таким образом, из подстанции в итоге выходят три «фазы», «ноль» и «земля» (всего — пять проводов), и далее распределяются на каждый подъезд (например, можно распределить по одной фазе в каждый подъезд — получается по три провода заходит в каждый подъезд: одна фаза, ноль и земля), на каждую лестничную площадку, в электрораспределительные щитки (где счётчики стоят).

Итак, мы получили все три провода, выходящие из подстанции: «фаза», «ноль» (иногда «ноль» называют ещё «нейтралью») и «земля».
«фаза» — это любая из фаз трёхфазного тока (уже пониженного до 380 Вольт между фазами на подстанции; между фазой и нулём получится ровно 220 Вольт).
«ноль» — это провод от «нейтрали» на подстанции.
«земля» — это просто провод от хорошего правильного грамотного заземления (например, припаян к длинной трубе с очень малым сопротивлением, вбитой глубоко в землю рядом с подстанцией).

Внутри подъезда фазовый провод по схеме параллельного включения расщипляется на все квартиры (то же самое делается с нулевым проводом и проводом земли).
Соответственно, делиться ток по квартирам будет по правилу параллельного тока: напряжение в каждую квартиру будет идти одно и то же, а сила тока — тем больше, чем больше подключенная нагрузка в каждой квартире.
То есть, в каждую квартиру сила тока будет идти «каждому по потребностям» (и проходить через квартирный счётчик, который это всё будет подсчитывать).

Что может произойти, если все включат обогреватели зимним вечером?
Потребляемая мощность резко возрастёт, ток в проводах ЛЭП может превзойти допустимые рассчитанные пределы, и может либо какой-то из проводов перегореть (провод разогревается тем сильнее, чем больше его сопротивление и чем большая сила тока в нём течёт, и борется с этим сопротивлением), либо просто сама подстанция сгорит (не та, которая во дворе дома, а одна из Главных Подстанций города, которая может оставить без электроэнергии сотни домов, часть города может несколько суток сидеть без света и без возможности приготовить себе еду).

Если ещё у кого-то остался вопрос: зачем тянуть в дом все три провода, если можно было бы тянуть только два — фазу и ноль или фазу и землю?

Только фазу и землю тянуть не получится (в общем случае).
Выше мы посчитали, что напряжение между фазой и нулём всегда равно 220 Вольтам.
А вот чему равно напряжение между фазой и землёй — это не факт.
Если бы нагрузка на всех трёх фазах всегда была равной (см. схему «звезды», когда я объяснял её выше), то напряжение между фазой и землёй было бы всегда 220 Вольт (просто вот такое совпадение).
Если же на какой-то из фаз нагрузка будет значительно больше нагрузки на других фазах (скажем, кто-нибудь включит супер-сварочную-установку), то возникнет «перекос фаз», и на малонагруженных фазах напряжение относительно земли может подскочить вплоть до 380 Вольт.
Естественно, техника (без «предохранителей») в таком случае горит, и незащищённые провода тоже могут загореться, что может привести к пожару в квартире.
Точно такой же перекос фаз получится, если провод «нуля» оборвётся, или даже просто отгорит на подстанции, если по нулевому проводу пойдёт слишком большой ток (чем больше «перекос фаз», тем сильнее ток идёт по проводу нуля).
Поэтому в домашней сети обязательно должен использоваться ноль, и нельзя ноль заменить землёй.
Помню, когда мой отец делал разводку в его квартире в новостройке в Москве, и видел знакомый ему с советской молодости провод земли, а потом видел незнакомый ему провод ноля, то он, недолго думая, просто откусывал кусачками провод ноля, приговаривая, что «а он не нужен»…

Тогда зачем нам в доме нужен провод «земли»?

Для того, чтобы «заземлять» корпусы электроприборов (компьютеров, чайников, стиральных и посудомоечных машин), для того, чтобы от них не било током при прикосновении.

Приборы тоже иногда ломаются.

Что будет, если провод фазы, где-нибудь внутри прибора, отвалится и упадёт на корпус прибора?

Если корпус прибора вы заранее заземлили, то возникнет «ток утечки» (произойдёт короткое замыкание фазы на землю, вследствие чего упадёт ток в основном проводе фаза-ноль, потому что почти всё электричество устремится по пути меньшего сопротивления — по создавшемуся короткому замыканию фазы на землю).

Этот ток утечки будет немедленно замечен либо «автоматом» стоящим в щитке, либо «Устройством Защитного Отключения» (УЗО), тоже стоящим в щитке, и оно сразу разомкнёт цепь.

Почему недостаточно обычного «автомата», и зачем ставят именно УЗО? Потому что у «автомата» и у УЗО разный принцип работы (а ещё, «автомат» срабатывает гораздо позже, чем УЗО).

УЗО наблюдает за входящим в квартиру током (фаза) и исходящим из квартиры током (ноль), и размыкает цепь, если эти токи неодинаковы (в то время как «автомат» измеряет только силу тока на фазе, и размыкает цепь, если ток на фазе превосходит допустимый предел).
Принцип работы УЗО очень прост и логичен: если входящий ток не равен исходящему, то, значит, где-то «протекает»: где-то фаза имеет какой-то контакт с землёй, чего по правилам быть не должно.
УЗО измеряет разность между силой тока на фазе и силой тока на нуле. Если эта разность превышает несколько десятков миллиАмперов, то УЗО немедленно срабатывает и выключает электричество в квартире, чтобы никто не пострадал, прикоснувшись ко сломанному прибору.
Если бы в щитке не стояло УЗО, и вышеупомянутый провод фазы внутри корпуса, скажем, компьютера, отвалился бы, и замкнулся бы на заземлённый корпус компьютера, и лежал бы так себе незамеченным, а, потом, через пару дней, человек стоял бы рядом, и разговаривал по телефону, оперевшись одной рукой на корпус компьютера, а другой рукой — скажем, на батарею отопления (которая тоже фактически является одной гигантской землёй, т.к. протяжённость отопительной сети огромная), то догадайтесь, что бы стало с этим человеком.
А если бы, например, УЗО стояло, но корпус компьютера не был бы заземлён, то УЗО сработало бы только во время прикосновения человека к корпусу и батарее. Но, по крайней мере, оно бы в любом случае мгновенно сработало, в отличие от «автомата», который бы сработал только через некоторый промежуток времени, пусть и маленький, но не мгновенно, как УЗО, и к тому времени человек мог бы быть уже «зажарен». Казалось бы, тогда, можно и не заземлять корпусы электроприборов — УЗО же в любом случае «мгновенно» сработает и разомкнёт цепь. Но кто-нибудь хочет испытать судьбу на предмет того, успеет ли УЗО достаточно «мгновенно» сработать и отключить ток, пока этот ток не нанесёт серьёзных повреждений организму?
Так что и «земля» нужна, и УЗО нужно ставить.

Поэтому нужны все три провода: «фаза», «ноль» и «земля».

В квартире к каждой розетке подходит тройка проводов «фаза», «ноль», «земля».
Например, из щитка на лестничной площадке выходят три этих провода (вместе с ними ещё телефон, витая пара для интернета — всё это называют «слаботочкой», потому что там протекают маленькие токи, неопасные), и идут в квартиру.
В квартире на стене (в современных квартирах) висит внутренний квартирный щиток.
Там эти три провода расщепляются и на каждую «точку доступа» к электричеству стоит свой отдельный «автомат», подписнанный: «кухня», «зал», «комната», «стиральная машина», и так далее.
(на рисунке ниже: сверху стоит «общий» автомат; после которого стоят подписанные «отдельные» автоматы; зелёный провод — земля, синий — ноль, коричневый — фаза: это стандарт цветового обозначения проводов)

От каждого такого «отдельного» автомата своя, отдельная, тройка проводов уже идёт к «точке доступа»: тройка проводов к печке, тройка проводов к посудомойке, одна тройка проводов на все зальные розетки, тройка проводов на освещение, и т.п..

Наиболее популярно сейчас совмещать «главный» автомат и УЗО в одном устройстве (на рисунке ниже оно показано слева). Счётчик электроэнергии ставится между «главным» общим автоматом (который имеет также встроенное УЗО) и остальными, «отдельными», автоматами (синий — ноль, коричневый — фаза, зелёный — земля: это стандарт цветового обозначения проводов):

И вот ещё до кучи схема, по сути, о том же (только здесь главный автомат и УЗО — это разные устройства):

Каждый «автомат» изготовлен на заводе под определённую максимально допустимую силу тока.

Поэтому он «вырубается», если вы даёте слишком большую нагрузку на «точке доступа» (например, включили слишком много всего мощного в розетки в зале).

Также, автомат «вырубится» в случае «короткого замыкания» (замыкания фазы на ноль), чем спасёт вашу квартиру от пожара.

Жизнь человека, при отсутствии правильного заземления электроприборов, автомат без УЗО не спасёт, так как автомат слишком медленно срабатывает (это более грубое устройство, так сказать).

Вроде бы, по этой теме пока всё.

Уходит ли ток в розетку или остается в лампочке?

> Из ваших слов выходит что для наличие «тока»
> необязателен замкнутый «видимо» контур?
На микроуровне «ток» это такая же условность, как «температура». Если, допустим, в вакууме летит электрон, это можно рассматривать как ток, направленный противоположно движению этого электрона. Но когда этих электронов огромное количество, то если они вдруг начнут двигаться по незамкнутому контуру, они в том месте, где этот контур кончается, через какое-то время накопятся в таком количестве, что потекут куда-нибудь в другую сторону.

Кстати, у меня-то контур как-раз замкнутый. Я же писал:
>> Но тут батарейка берёт со своей второй клеммы
>> новую порцию электронов и перемещает их на первую клемму.
Вот так контур и замыкается.

> что такое потенциал електричества?
Ну, это просто потенциал электрического поля. Есть гравитационное поле, а есть электрическое. Такова природа. По-моему, понятнее никто не сможет объяснить.

> електричество или что там может переходить даже
> от меньшего потенциала к большему.
> Это как-то не вяжется у меня со вторым началом термодинамики:)
Может, если затрачивать на это энергию. Добровольно электрон от плюса к минусу не полетит, но его можно туда сдвинуть насильно. Например, так, как на ГЭС — механическим перемещением проводника в магнитном поле. Или так, как в батарейке — перетащить его от плюса к минусу вместе с молекулой, к которой он присоединён, а потом из этой молекулы выгнать (путём химической реакции).

> И ещё — если ток идёт от минуса к плюсу —
> то почему ВСЕГДА рисуют наоборот?
Так исторически сложилось. Когда открывали законы электричества, никто ещё не знал, какой заряд у частицы — носителя электричества, положительный или отрицательный (и существует ли вообще такая частица). Если этого не знать, то безразлично, какое направление тока выбрать положительным, а какое отрицательным. Потом открыли электрон и обнаружилось, что направление выбрано «неправильно».

Заземление – что это простыми словами и для чего нужно, как работает

Тело человека – хороший проводник электрического тока. Самыми высокими показателями электропроводности обладают мышцы и подкожная-жировая клетчатка, то есть как раз те места, которые первыми контактируют с внешним источником тока, будь то оголенный провод или неисправный электроприбор.

Ток проникает в тело через поры и каналы потовых желез, поэтому очевидно, что сухая кожа отличается более высоким сопротивлением, чем влажная. Так, при контакте с напряжением 220 В значение силы тока, воздействующей на мокрый кожный покров, составляет порядка 220 мА. При такой электротравме смерть наступает мгновенно, учитывая, что опасным для организма считается показатель уже в 15мА, а смертельном опасным – 100 мА.

Это доказывает необходимость разработки мер, которые предотвращают случайное поражение электрическим током во всех областях человеческой деятельности, как на производстве, так и в быту. Одна из таких мер – установка заземляющих устройств (ЗУ).

Что такое заземление

Если говорить простыми словами, это защитная система, которая предотвращает от ударов током при прикосновении к металлическим частям оборудования, находящегося под напряжением. Вся конструкция состоит из следующих частей:

• Металлический контур
• Заземляющая шина
• Разводка проводов заземления

Контур представляет собой 4-6 штырей (электродов), забитых в грунт и соединенных между собой металлическими полосами. Необходимая глубина заземляющего устройства – 2,5-3 метра, то есть ниже уровня промерзания почвы. Это требуется для того, чтобы даже зимой контур получал доступ к влаге, проводящей ток.

Вверху одного вертикального электрода располагается «контактная зона» (чаще всего в виде болта с резьбой), от которой берет начало медная шина, ведущая в специальную планку в распределительном щитке.

От главной заземляющей шины, в свою очередь, расходятся медные жилы к розеткам потребителей. Эти провода, по сути, отвечают за подключение заземления – к примеру, в современных домах разводка от щитка выполняется трехжильным кабелем, где одна из жил – желто-зеленого цвета – отведена «под землю».

Рис 1. Устройство заземления. а) – заземление в линию; б) – контур заземления

Требования к заземлению

Обеспечение безопасности потребителя при работе с электрическими приборами – приоритетная задача производителей и эксплуатантов электроустановок, поэтому в этой сфере действует ряд норм и правил. Отметим основные:

• Заземлять нужно все, что имеет металлический корпус: котлы, станки, насосы, инструменты, оборудование;
• Штыри и соединения контура должны отличаться антикоррозионностью и износостойкостью, что обеспечивается правильным выбором материала и диаметра – например, для этих целей нередко используется нержавеющая сталь с поперечным сечением не менее 90 кв. мм;
• Заземлители должны всегда находиться во влажной почве – для этого нужно учесть географические, климатические и геологические особенности региона и выбрать правильную глубину размещения металлических электродов.

Почему человека бьет током

Смоделируем ситуацию:

1. В бытовом электрическом приборе, установленном без заземления (к примеру, в стиральной машине), нарушилась целостность проводки. Причины могут быть любые – естественный износ, механические повреждения, вредительство насекомых или грызунов.
2. В результате на корпусе агрегата скапливается электрический разряд.
3. Человек прикасается к устройству и получает удар током.

Важно понимать, что ток при этом движется по замкнутой цепи, где тело человека выступает как одно из звеньев. Если бы мы, скажем, летали по воздуху, то электрические травмы были бы нам практически не страшны – посмотрите на птиц за окном: они спокойно сидят на высоковольтных проводах, не догадываясь о смертельной опасности.

Однако мы, в отличие от птиц, ходим по земле, которая, в свою очередь, считается идеальной точкой с нулевым потенциалом. Получается, что тело человека выступает как проводник, по которому электрический ток от неисправного электроприбора или оголенного провода устремляется к земле, чтобы уравнять количество заряженных частиц в этих двух точках, как того требуют законы природы.

Как работает заземление

Ток движется по пути наименьшего сопротивления. Этот простой принцип лежит в основе работы заземления: наш кожный покров обладает более высоким сопротивлением, чем металлический провод, поэтому при касании поверхности под напряжением ток сразу уходит в землю, не причиняя человеку вреда. Это главное, что нужно понимать о работе ЗУ.

Есть и еще один фактор, который обеспечивает работу заземления – бесконечно обширное «сечение» грунта. Обратимся к физике: ток, уходя во влажную почву, запускает цепную реакцию ионов, которые передают энергию все дальше и дальше, практически до бесконечности. Чем больше электрически заряженных частиц (ионов) участвует в процессе, тем быстрее передается энергия, рассеивается ток и, следовательно, тем эффективнее работает заземление. Добавим, что здесь немаловажную роль играет и достаточный диаметр металлических электродов, входящих в контур заземляющего устройства.

Заземление и зануление – в чем отличие

Кроме установки ЗУ, существует еще один способ, защищающий человека от удара током от неисправных электроустановок. Это зануление (другое название: заземление на ноль). Его суть в том, что при возникновении неисправности возникает короткое замыкание, что приводит к отключению автомата-предохранителя. Технически это реализовано так: корпус электроустановки соединяется с нейтралью источника питания, то есть с заземленной точкой трансформатора.

Простыми словами, разница между занулением и заземлением в том, что в первом случае питающая цепь отключается из-за превышения токовой уставки автомата, а во втором – опасный ток отправляется в грунт и «растекается» в его влажной среде.

В многоквартирных высотках заземлять электроприборы технически сложно, поэтому здесь чаще всего используется зануление (наряду с УЗО). В частных домах, наоборот, удобнее всего сделать систему заземления.

Для чего применяются УЗО и дифавтоматы

Эксплуатация заземляющих устройств невозможна без дополнительных приборов. К главным из них нужно отнести устройство защитного отключения (УЗО) и дифференциальные автоматы. Несмотря на внешнюю схожесть, они используются для разных задач:

1. УЗО отключается в момент появления в сети так называемого тока утечки, который может привести, с одной стороны, к возгоранию (при повреждении электропроводки изоляция начинает сильно греться), а с другой – к удару током, если человек дотронется до неисправного оборудования. УЗО всегда работает «в связке» с обычным автоматом.
2. Дифференциальный автомат соединяет в себе функции устройства защитного отключения и автомата, то есть он защищает систему электропроводки от перегрузок и коротких замыканий, а человека – от электрических травм.

Таким образом, заземление представляет собой металлический провод, уходящий в почву и предназначенный для «утекания» тока в землю при возникновении неисправности в системе электроснабжения.

Заземление электростанции

Большинство людей знает, что для обеспечения безопасности при установке любого электроприбора, в том числе электрогенератора, необходимо заземление. При этом мало кто понимает что это такое и как именно система заземления обеспечивает безопасность.

Итак, зачем же нужно заземление и что случится, если его не будет?

Чтобы ответить на эти вопросы, сначала необходимо вспомнить из школьного курса физики, что такое электрический ток — движение заряженных частиц в токопроводящей субстанции (проводнике). Человеческое тело так же является проводником тока.

Чем опасен ток? Каждый слышал выражение: «ударило током». В этом ударе и заключается его опасность для человека, начиная с неприятных ощущений, заканчивая летальным исходом. Чтобы получить удар током не достаточно просто прикоснуться к проводу или детали устройства под напряжением — необходимо, чтобы была электрическая цепь.

На практике такая цепь есть всегда, так как мы постоянно стоим на земле или на полу, держимся или касаемся предметов. При контакте с влажной поверхностью разность потенциалов увеличивается, и удар током может быть смертелен.

Для того, чтобы оградить себя от удара током нужно заземление. Заземление — это специальное соединение электросети либо электроприборов с заземляющим механизмом в определенной точке. Суть заземления заключается в том, что все металлические части оборудования соединяются с проводом, который идёт в землю. Именно через этот провод электрический ток уходит в почву, а не через человека, тем самым обеспечивая безопасность последнего.

Перед тем, как приступить к запуску и началу эксплуатации электрогенератора, его так же нужно обязательно подключить к контуру заземления, выполненному в соответствии с требованиями ПУЭ.

Система для заземления электростанции, как правило, состоит из:

• Заземляющего электрода (заземлителя). Лучше всего для этого подходят стальные стержни, покрытые медью, которые закапываются в землю по определённой схеме. Отметим, что в данном случае нельзя применять трубы подземных водо- или газопроводов.
• Зажима заземления. Он располагается около главного прерывателя цепи электростанции.
• Заземляющего медного провода соответствующего сечения. Он соединяет электрод с зажимом. Важно помнить, что место, где соединяются заземляющий электрод и провод, нужно защитить от случайных повреждений и обеспечить к нему доступ для осмотра. В этом месте, согласно требованиям, должна размещаться табличка, которая гласит, что здесь находится заземляющая система.
• Проводника заземления. Он соединяет все металлические части установки, которые не находятся под напряжением, с заземляющим зажимом.

Для того, чтобы эффективно провести все процедуры по заземлению электростанции и обеспечить безопасность, необходимо четко выполнять все требования ПУЭ (правила устройства электроустановок) и точно рассчитать наибольшее допустимое сопротивление. Этот расчет возможен только при измерении удельного сопротивления грунта специальным прибором на месте проведения работ. Более того необходимо учитывать сезонные коэффициенты.

Несомненно, установка заземляющего устройства должна проводиться только квалифицированными кадрами с использованием специальных инструментов.

Как земля проводит ток и почему заземление всё-таки работает: разгадка секрета | Полезные статьи

Заземление – одно из базовых понятий в электротехнике. С его помощью осуществляется принудительное замыкание токопроводящих частей электроустановки в землю. Это обязательное требование для ее безопасной эксплуатации.

Как работает заземление?

Принцип работы заземления базируется на следующих утверждениях:

1. Нельзя полностью избежать пробоя изоляции на корпус электроустановки, а также значительно уменьшить ее сопротивление.
2. Когда потенциал затрагивает корпус, это невозможно определить по внешним параметрам.
3. Если в этом случае человек дотронется до корпуса электроустановки, он окажется под воздействием высокого потенциала.
4. В данной ситуации электрический ток проходит через тело человека от проводящей поверхности к земле, что опасно для жизни.
5. Чтобы избежать этой опасности, необходимо достичь разности потенциалов между приводящей поверхностью и землей. Для этого следует при помощи провода с небольшим сопротивлением соединить с землей части корпуса, выполненные из металла.

Благодаря этому в случае пробоя изоляции основной ток уйдет в землю, не затрагивая тело человека.

Почему земля обладает низким сопротивлением?

Закон Ома гласит, что ток во всех случаях протекает по замкнутому контуру. То есть ток движется через электроустановку с подключенной к ней системой заземления от одного из полюсов электростанции до заземляющего электрода. Небольшое заземление всей конструкции не гарантирует малое сопротивление обратной ветви цепи. Почва обладает достаточно большим удельным сопротивлением, поэтому кажется, что тело человека не становится дополнительным элементом заземления.

Стоит учитывать, что сопротивление обратной ветви контура заземления будет небольшим, поскольку между заземляющими электродами электроустановки и электростанции сечение среды очень велико. 

Благодаря этому система заземления не только обеспечивает отличную защиту и надежность без обрывов, но и позволяет избежать прокладки доп.кабеля для коммутации соединителей электростанции и объекта. 

Что еще нужно знать о заземлении?

Важно понимать, что для качественной работы системы заземления необходимо, чтобы переходной сопротивление, возникающее между землей и заземляющий электродом, было невелико. Этого можно достигнуть благодаря большой площади контакта (для этого выполняют сварку крепко скрепленных друг с другом пластин), а также с помощью установки электродов в грунте ниже глубины его промерзания, поскольку в этом случае его удельное сопротивление резко увеличивается. С реализацией данной задачи отлично справляются вертикальные заземлители.

Сопротивление человеческого тела равняется нескольким сотням Ом, поэтому максимально допустимое сопротивление системы заземления не может составлять более 4 Ом. 

Ток

— Почему земля используется вместо земли? Буквально земля?

В двух словах

Электроэнергия в нормальных условиях не должна проходить через наземные столбы. Это не значит, что у него высокое сопротивление, оно на самом деле удивительно мало. Эта ветвь цепи просто не замыкается нормально.

Подробнее

Земля является точкой отсчета. Вы можете буквально взять любую цепь в вашей цепи, которая должна оставаться под постоянным напряжением, и назвать ее землей.После того, как все источники напряжения создают разность потенциалов (называемую напряжением) между двумя цепями, независимо от их потенциалов — если они оба фиксированы извне, возникнут конфликты и плохие вещи, но если один из них будет исправлен, соответственно изменится и другой потенциал. Обычно грунт выбирается таким образом, чтобы мы работали преимущественно с положительными источниками, например заземление на минусовой клемме выпрямительного моста. Это не означает, что через это течет весь ток, это всего лишь ссылка.

Земля в основном выполняет роль защиты человека. Предполагается, что по Земле не будет протекать ток, потому что фактическая цепь питания изолирована от Земли, но что, если эта изоляция нарушена (провода, съеденные кроликами, дети засовывают пальцы в гнезда …)? Все косвенно связаны с Землей (нет идеальной изоляции), что означает, что эта цепь теперь будет замкнута, и единственное, что ограничит ток, проходящий через все, что замыкает цепь (например, людей), — это его внутреннее сопротивление. В зависимости от окружающей среды это сопротивление может быть достаточно низким, чтобы кого-то убить; обратитесь к этой теме о том, какие напряжения считаются безопасными.Чтобы предотвратить это, каждый корпус подключен к земле (цепь Земля-R-Земля имеет ток около 0 А), а источник питания имеет устройство остаточного тока, которое сравнивает входящий и выходной ток и отключает питание, если есть утечка (через Землю).

Земля используется для обеспечения равным [справочным] потенциалом. Поставщик электроэнергии также должен защищать своих людей, поэтому подача питания вверх по течению также относится к Земле. Как и везде. Так что же произойдет, если Земля не является хорошим проводником и ее потенциал неоднороден? Пользователи могут контактировать с 2 разными землями, которые могут иметь высокую разность потенциалов (= напряжение).К счастью, влажные в грязи и водяные пятна — хорошие проводники, но, прежде всего, эквивалентное поперечное сечение этого фиктивного проводника огромно. За исключением кратковременных сбоев, таких как молния, он имеет отличную однородность потенциала. Зачем использовать другой провод для заземления, который будет использовать больше меди и на самом деле будет менее эффективным, если мы можем использовать то, что у нас под ногами?

Земля также полезна в качестве защиты от молнии: молния похожа на любой пробой диэлектрика / изолятора, она происходит там, где сопротивление между заряженным облаком и Землей минимально (см. Этот удивительный GIF).Высокие деревья, башни и т. Д., И мы не можем рисковать, полагаясь только на удачу, поэтому используются шипы с высокой проводимостью для привлечения молний, ​​а Земля используется для рассеивания этой энергии. Вяло сказано. Обычно у молнии протекает достаточно тока, чтобы создать через Землю и через человеческие ноги напряжение, достаточно высокое, чтобы убить их, поэтому она распространяется более равномерно.

Как обычно, я тепло приветствую любого, кто поправит меня, если неточно.

сеть — Что такое ток заземления

В вашем вопросе содержится одно очень распространенное заблуждение, а именно, что большой ток, протекающий через землю, является нормальным.

Обратите внимание на то, что на этой схеме отсутствует конкретный путь прохождения тока в землю или из нее. Пока все остается сбалансированным и линия электропередачи не касается земли или дерева, ток не проходит через землю (за исключением некоторых незначительных утечек).

Вот четырехпроводная система, соединенная звездой. Обратите внимание, как земля подключена непосредственно к нейтральной точке в центре, а нейтраль (N) не имеет катушки. В этой системе линия нейтрали является обратным каналом для всех однофазных нагрузок, то есть всего, что соединено от фазы к нейтрали.Конечно, по-прежнему доступны межфазные соединения. Но ток через землю все еще не нормальный .

Что замечательно — если вы поместите трансформатор тока на заземление, у вас теперь есть высоконадежный механизм для определения заземления системы. Это стандартная функция в электросети.

Теперь допустим, что линия электропередачи высокого напряжения была повреждена и лежит на земле. При 500 кВ через землю определенно будет протекать ток.И, как и при любом протекании тока, напряжение падает, когда ток протекает через сопротивление. Начиная с 500 кВ в конце линии и до нуля обратно на ближайшем заземлении системы, это означает, что может быть огромная разница между одной ногой и другой в этом районе. В промышленности мы называем этот ступенчатый перепад напряжения , и он может быть смертельным . Это причина, по которой вы, возможно, слышали, что вам нужно избегать ударов молний и линий электропередач, а не идти пешком; который держит ваши ноги близко друг к другу и предотвращает ток от ноги к ноге.

Если линия была отключена и заземлена, поток тока будет излучаться от точки контакта с землей на любой путь, наиболее благоприятный для протекания тока. Если верхний слой почвы недавно был влажным, он будет оставаться там. Если все вокруг довольно сухо, на самом деле может быть не так много тока, и он будет излучаться почти во всех направлениях, когда напряжение заряжает землю. Он будет течь через грунтовые воды, если сможет туда попасть.

Что касается разницы между событиями заземления переменного и постоянного тока, физические характеристики постоянного тока повышают вероятность того, что он не найдет хороший путь обратно к ближайшему системному заземлению, что повышает вероятность возникновения потенциально смертельной ступенчатой ​​разницы напряжений. .

электричество — ток течет обратно к источнику через землю?

Слово «Земля» иногда вводит в заблуждение. Я думаю (если я правильно понял смысл вашего вопроса), это правильнее назвать «Защитной Землей». В домашних источниках электроэнергии одна сторона источника питания «привязана» к тому же потенциалу, что и цепь защитного заземления . Последний представляет собой просто систему проводников, проходящих через третий контакт заземления на розетке, которые привязывают любую проводящую поверхность электрического прибора к одной (называемой «нейтралью») стороне источника питания.Другая сторона предложения называется «активной».

Если в приборе происходит сбой, так что активный элемент касается проводящего корпуса прибора (скажем, тостера), возникает опасная ситуация, поскольку любой, кто прикоснется к прибору, может получить поражение электрическим током. Однако, если корпус подключен к цепи защитного заземления, существует резервный путь обратно к нейтрали источника питания. Это приводит к высокому току в резервном тракте и, возможно, к перегоранию предохранителя в цепи питания.

Более современным и безопасным способом достижения этой защиты является защита от утечки на землю — система, которая обнаруживает с помощью порожденной законом Ампера «магнитодвижущей силы MMF)», когда ток через активный элемент отличается от тока через нейтраль. В этой системе как активные, так и нейтральные линии проходят через ферроманетический сердечник в форме тора. Если ток в одном не совпадает с током в другом (, т. Е. , ток, идущий в прибор через активный элемент, не такой же величины, но точно не совпадает по фазе с током, выходящим через нейтраль), то существует ненулевое значение $ \ oint \ vec {H} \ cdot {\ rm d} \ vec {\ ell} $ («магнитодвижущая сила») вокруг сердечника и, таким образом, магнитное поле переменного тока через чувствительную катушку, намотанную на тор. По закону Фарадея в сенсорной катушке возникает ЭДС, которая размыкает автоматический выключатель.Эти устройства могут быть изготовлены очень дешево и чрезвычайно эффективны — они отключаются в течение миллисекунд, если обнаруживается дисбаланс, превышающий обычно $ 50 {\ rm \ mu A} $.

Наконец, электрический ток может, как правило, течь без обратного пути через механизмы тока смещения и емкости. См. Мой ответ на вопрос «Требуется ли полная цепь для переменного тока?» для подробностей.

Наконец, были некоторые действительно причудливые, действительно однопроводные системы передачи электроэнергии, о которых думали в прошлом, где одна линия работает как волновод и не требует обратного пути.См. Вики-страницу о Линии Губо для подробностей.

электрических цепей — Что на самом деле означает земля в электричестве и почему через меня протекает ток?

Насколько я знаю, есть два требования к наличию тока — замкнутый провод и разность потенциалов.

Это по сути правильно.

Я слышал, что ток течет по части круга с наименьшим сопротивлением.

Это не совсем так.Если к резистивному устройству приложен потенциал, ток будет течь через это устройство, независимо от того, какие другие пути существуют в цепи. Часто подключение слишком низкого сопротивления к источнику напряжения приводит к падению напряжения источника, что снижает ток через другие устройства, подключенные к источнику. Но если источник достаточно силен, чтобы поддерживать свое напряжение, ток течет по всем путям, а не только по пути с наименьшим сопротивлением.

Земля (Земля) имеет некоторый потенциал (+ или -, я не знаю), но он не равен потенциалу текущего круга.

Земля — ​​это узел в цепи, который, как мы определяем, имеет потенциал 0.

Иногда этот узел действительно подключен к земле, но не всегда.

То же, что и у меня — почему ток по проводу будет течь ко мне, а потом на землю?

Это произойдет, если одна из клемм источника напряжения подключена к земле, что является очень распространенной схемой, и вы подключитесь к другой клемме.

Даже в сетевой проводке обычно один из двух проводов подсоединяется к заземлению.Таким образом, прикосновение к другому («горячему») проводу, когда ваши ноги касаются земли, означает подачу сетевого напряжения на ваше тело, что очень опасно.

Если я не коснусь земли, ток не будет течь через меня?

Если вы не прикоснетесь к обеим клеммам (одна из которых может быть заземлена) источника напряжения (или другим проводам, подключенным к этим клеммам) одновременно, то вы не будете потрясены.

Но даже если вы носите, например, резиновую обувь, между вашим телом и землей все равно есть емкость.Поэтому, если вы коснетесь горячего провода сети, вы можете почувствовать покалывание из-за небольших токов, которые могут протекать через вас и паразитный конденсатор на землю. (Не экспериментируйте с этим просто для удовольствия)

Учебное пособие по физике: Заземление — снятие заряда

В предыдущих трех разделах Урока 2 обсуждались три распространенных метода зарядки — заряд трением, заряд индукцией и заряд проводимостью. Обсуждение зарядки было бы неполным без обсуждения , разряжающего .У объектов с избыточным зарядом — положительным или отрицательным — этот заряд может быть удален с помощью процесса, известного как заземление. Заземление — это процесс удаления избыточного заряда с объекта посредством передачи электронов между ним и другим объектом значительного размера. Когда заряженный объект заземлен, избыточный заряд уравновешивается переносом электронов между заряженным объектом и землей. Земля — это просто объект, который служит, казалось бы, бесконечным резервуаром электронов; Земля способна передавать электроны заряженному объекту или принимать электроны от заряженного объекта, чтобы нейтрализовать этот объект.В этом последнем разделе Урока 2 будет обсуждаться процесс заземления.

Заземление отрицательно заряженного объекта

Чтобы начать обсуждение заземления, мы рассмотрим заземление отрицательно заряженного электроскопа. Любой отрицательно заряженный объект имеет избыток электронов. Если нужно удалить заряд, ему придется потерять лишние электроны. Как только лишние электроны удалены из объекта, в объекте будет равное количество протонов и электронов, и он будет иметь баланс заряда.Чтобы удалить избыток электронов из отрицательно заряженного электроскопа, электроскоп должен быть подключен проводящим путем к другому объекту, который способен принимать эти электроны. Другой объект — земля. В типичных электростатических экспериментах и ​​демонстрациях это делается простым прикосновением к электроскопу рукой. При контакте избыточные электроны покидают электроскоп и попадают в человека, который его касается. Эти избыточные электроны впоследствии распространяются по поверхности человека.

Этот процесс заземления работает, потому что избыточные электроны отталкивают друг друга. Как всегда, отталкивающее воздействие между одноименно заряженными электронами заставляет их искать средства пространственного разделения друг от друга. Это пространственное разделение достигается за счет перемещения к более крупному объекту, который дает большую площадь поверхности для распространения. Из-за относительного размера человека по сравнению с типичным электроскопом избыточные электроны (почти все они) способны уменьшать силы отталкивания, перемещаясь в человека (т.е., землю). Как и контактная зарядка, о которой говорилось ранее, заземление — это просто еще один пример разделения заряда между двумя объектами. Степень, в которой объект готов разделить избыточный заряд, пропорциональна его размеру. Таким образом, эффективная земля — ​​это просто объект с достаточно значительным размером, чтобы разделить подавляющее большинство избыточного заряда.

Заземление положительно заряженного объекта

Предыдущее обсуждение описывает заземление отрицательно заряженного электроскопа.Электроны переносились с электроскопа на землю. Но что, если электроскоп заряжен положительно? Как перенос электрона позволяет нейтрализовать объект с избытком протонов? Чтобы исследовать эти вопросы, мы рассмотрим заземление положительно заряженного электроскопа. Положительно заряженный электроскоп должен получать электроны, чтобы получить равное количество протонов и электронов. Собирая электроны от к земле , электроскоп будет иметь баланс заряда и, следовательно, будет нейтральным.Таким образом, заземление положительно заряженного электроскопа включает передачу электронов от земли к электроскопу. Этот процесс работает, потому что избыточный положительный заряд на электроскопе притягивает электроны от земли (в данном случае от человека). Хотя это может нарушить любой баланс заряда, присутствующий на человеке, значительно больший размер человека позволяет избыточному заряду отдаляться друг от друга. Как и в случае заземления отрицательно заряженного электроскопа, заземление положительно заряженного электроскопа включает разделение заряда.Избыточный положительный заряд распределяется между электроскопом и землей. И еще раз: степень, в которой объект готов разделить избыточный заряд, пропорциональна его размеру. Человек — эффективная почва, потому что у него достаточно размера, чтобы разделить подавляющее большинство избыточного положительного заряда.

Необходимость проведения пути

Любой объект может быть заземлен при условии, что заряженные атомы этого объекта имеют проводящий путь между атомами и землей.Обычно в лаборатории приклеивают две соломинки к заряженной алюминиевой пластине. Одна соломка покрыта алюминиевой фольгой, а другая — голым пластиком. При прикосновении к соломке с алюминиевым покрытием алюминиевая пластина теряет заряд. Он заземлен за счет движения электронов от земли к алюминиевой пластине. При прикосновении к пластиковой соломке заземления не происходит. Пластик служит изолятором и предотвращает попадание электронов от земли к алюминиевой пластине. Заземление требует наличия проводящего пути между землей и заземляемым объектом.Электроны будут двигаться по этому пути.

Урок 2 этого раздела Физического класса был посвящен методам зарядки и разрядки объектов. Один из принципов, который постоянно возникал, заключался в соотношении силы и расстояния. Эта взаимосвязь будет исследована в Уроке 3.

Хотим предложить … Иногда просто прочитать об этом недостаточно.Вы должны взаимодействовать с ним! И это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивных материалов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего интерактивного зарядного устройства. Вы можете найти его в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Charging Interactive — это электростатическая «игровая площадка», которая позволяет учащемуся исследовать различные концепции, связанные с зарядом, взаимодействиями зарядов, процессами зарядки и заземлением. Как только вы освоитесь с концепциями, коснитесь кнопки «Играть» своим игровым лицом.

Проверьте свое понимание

Используйте свое понимание заряда, чтобы ответить на следующие вопросы. По завершении нажмите кнопку, чтобы просмотреть ответы.

1. Человек, стоящий на земле, касается положительно заряженной консервной банки. После этого поп может стать нейтральным. Поп может стать нейтральным во время этого процесса, потому что ______.

а. электроны переходят от баночки к человеку (земле)

г.электроны переходят от человека (земли) к банке

г. протоны переходят от баллончика к человеку (земле)

г. протоны переходят от человека (земли) к банке

2. Студент-физик, стоя на земле, касается разряженной пластиковой бейсбольной битой отрицательно заряженным электроскопом. Это вызовет ___.

а.Электроскоп должен быть заземлен, поскольку электроны вытекают из электроскопа.

г. Электроскоп должен быть заземлен, поскольку электроны попадают в электроскоп.

г. Электроскоп должен быть заземлен, поскольку протоны выходят из электроскопа.

г. Электроскоп должен быть заземлен, поскольку протоны попадают в электроскоп.

e. бейсбольной битой, чтобы получить избыток протонов.

ф. абсолютно ничего (или очень мало) произойдет, так как пластиковая бита не проводит.

3. ИСТИНА или ЛОЖЬ :

Объект, который становится заземленным, получает нейтроны во время процесса заземления.

Упрощение поиска нежелательного тока заземления

Проблемы с автоматическим выключателем при замыкании на землю на первый взгляд выглядят просто: слишком большой ток и удар, выключатели срабатывают.И когда они спотыкаются, все обращают внимание. Но как насчет случаев, когда выключатели не срабатывают, но на предприятии продолжают возникать другие проблемы?

Национальный электротехнический кодекс (NEC) предписывает, что заземление не может служить проводником с током. Однако он не рассматривает кратковременные мешающие токи, влияющие на оборудование передачи данных, как проблему кода. Любые попытки отследить и исправить проблемы с током заземления обычно вызваны ложными срабатываниями автоматических выключателей обнаружения замыкания на землю.На самом деле, однако, существует взаимосвязь между NEC, безопасностью жизни, хорошей производительностью оборудования и надежными сетями передачи данных.

Никто рационально не хочет заземления объекта, по которому проходит большой ток. Удержание этого нежелательного тока от объекта — это не только хорошая практика безопасности, но и важное правило качества электроэнергии. Однако отслеживание источника или источников нежелательного тока заземления на объекте может оказаться сложной задачей. Многие до сих пор прибегают к старому процессу — выключают выключатель и наблюдают.Очевидно, что этот подход становится особенно трудным в рабочей среде, где перерывы в работе очень дороги. Только представьте, что вы отключили все схемы в больнице, на предприятии по производству полупроводников или в центре обработки данных. Даже предложение такого подхода может изменить карьеру.

Вот что делать

Вы можете отследить источник нежелательного тока заземления с помощью трансформаторов тока (ТТ) и гибких токовых пробников. Трансформатор трансформатора тока улавливает синфазный ток, поскольку этот ток создает вокруг проводников магнитное поле, пропорциональное величине тока.С другой стороны, токи дифференциального режима не создают большого количества магнитного поля, потому что пара сигналов физически сконфигурирована так, что магнитные поля компенсируют друг друга. Это называется условием магнитного поля с нулевой суммой, явление, знакомое электрикам, использующим клещи-амперметры, когда они собирают все проводники цепи (за исключением земли) одновременно через отверстие зажима. Любой отображаемый ток в этом сценарии обычно называется «несимметричным током» или «током утечки на землю» в зависимости от ситуации.

На рис. 1 показана самая простая схема измерения. Если вы разместите один трансформатор тока вокруг горячего и нейтрального проводников цепи, выход трансформатора тока будет равен нулю, если токи питания и возврата уравновешены. Если это не так, то ненулевой выходной сигнал будет показателем того, что где-то ниже по течению от этой точки измерения существует нежелательное условие, такое как соединение нейтрали с землей. Для удобства и на протяжении всей статьи мы будем называть этот процесс измерения измерением с нулевой суммой .

На фото 1 показан процесс измерения с нулевой суммой на сборных шинах служебного входа. Синие гибкие токовые пробники используются для измерения фазных токов, а красный гибкий токовый пробник обеспечивает измерение шин с нулевой суммой. Несмотря на то, что есть три фазы, принцип сбалансированной подачи и возврата все еще существует. Кроме того, вы разместите ТТ с нулевой суммой (ТТ красного цвета) вокруг всех фазных и нейтральных проводников.

На меньших панелях на выходе можно использовать отдельные трансформаторы тока для измерения фазных токов и токов с нулевой суммой ( Фото 2 ).В обоих сценариях Фото 1 и Фото 2 вы должны отслеживать выход с нулевой суммой с помощью монитора мощности для записи мгновенных условий, при которых нагрузка с проблемами может включаться и выключаться.

Использование одиночного трансформатора тока или гибкого токового пробника для измерения с нулевой суммой лучше проиллюстрировано на Фото 3 . Процесс измерения с нулевой суммой позволяет быстро перейти от служебного входа к панелям и отдельным цепям. Фотография 4 и Фотография 5 иллюстрируют, как измерить отдельный провод заземления (не очень точно) по сравнению с проводом заземления и измерениями с нулевой суммой (гораздо более точными).Проблема с отдельными измерениями заземляющего провода двоякая: во-первых, может не быть заземляющего провода, который нужно измерить. Во-вторых, ток, протекающий в заземляющем проводе, может быть индуцированным и, следовательно, не участвовать в проблемах связи нейтрали с землей. С помощью двух измерений вы можете быстрее определить, является ли протекание тока в заземляющем проводе проблемой или просто случаем неудачного размещения провода.

Вернуть текущие узловые точки

Трансформаторы являются узловыми точками для токов, возвращающихся от нагрузок.Ток, подаваемый от трансформатора, должен возвращаться к этому трансформатору независимо от того, возвращается ли он через землю или предполагаемые пути возврата нейтрали. Ток, протекающий в цепи нейтраль-земля (N-G), отражает проблемы после трансформатора. Соединение N-G трансформатора — отличная точка для обнаружения нежелательного протекания тока. В некоторых случаях, когда соединения ниже по потоку жестко соединены с электрическими трубопроводами, а также со строительной сталью, вы можете измерить эффекты несоответствующего кодам соединения NG как в соединении NG трансформатора, так и в связи со сталью и / или водой. труба ( рис.2 ).

Еще одним важным эффектом контуров заземления внутри объекта является образование нежелательных электромагнитных полей (ЭМП). Магнитные поля, вызванные контурами заземления, уменьшаются с расстоянием линейно, а не экспоненциально, как это было бы в случае с нормальными симметричными цепями. В результате электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) и экраны телевизоров, которые зависят от точного размещения электронных лучей, могут выйти из строя, в результате чего экраны станут волнистыми и дрожащими.

Шонесси — вице-президент PowerCET, Санта-Клара, Калифорния.С ним можно связаться по телефону [email protected].

Боковая панель: Советы по отслеживанию нежелательных токов заземления

В дополнение к советам и методам, описанным в статье, вот еще несколько полезных советов по выявлению нежелательных токов заземления:

• Ищите уникальные узоры в текущем. Повторяющиеся события или текущий поток с уникальными временными интервалами могут помочь идентифицировать источник.

• Сравните фазовый угол тока с фазами различных фаз.В трехфазных распределительных системах смещение фаз соответствующих фаз на 120 ° позволяет сосредоточить внимание на цепях, которые имеют одинаковые фазовые отношения с нежелательным током заземления.

• Каждая нагрузка имеет некоторый ток утечки (обычно микроампер или миллиампер). Совокупный эффект утечки от нагрузки по всему объекту обычно будет небольшим, потому что токи утечки в многофазных системах будут иметь тенденцию к компенсации.

• Заземление нейтрали или большие нагрузки с проблемами проводки вызовут протекание большого количества тока (амперы и более).Большой ток может отрицательно повлиять на оборудование и вызвать замыкание на землю.

Советы по электрическому подключению: что является горячим, нейтральным и заземленным

Перед тем, как приступить к выполнению любого проекта или ремонта вашей электрической системы, вы должны иметь некоторое представление о том, как она работает. Электропроводка — это то, как электричество распределяется по всему дому, что, возможно, делает ее наиболее важной частью вашей электрической системы. Но как по проводке можно транспортировать электричество?

Ответ становится более ясным, если мы посмотрим на три роли, которые должна выполнять проводка: горячая, нейтральная и заземленная.Эти три компонента работают в тандеме для распределения электроэнергии по всему дому, а также помогают поддерживать электробезопасность. Рекомендуется понимать возможности каждого компонента.

Для домовладельцев Милуоки, которым нужны советы по электромонтажу, компания Roman Electric собрала направляющие для проводов под напряжением, нейтрали и заземления. Следуйте нашему руководству ниже, чтобы лучше понять вашу электрическую систему!

Горячая проволока

Горячая проволока используется в качестве начальной подачи энергии в цепь.Он передает ток от источника питания к розетке. Действуя в качестве первого экземпляра цепи, они всегда проводят электричество, а это означает, что прикасаться к горячей проволоке, пока есть источник питания, питающий ее, опасно.

Горячий провод идентифицируется по его черному корпусу. Это основной цвет горячей проволоки для большинства домов. Однако другие горячие провода могут быть красными, синими или желтыми, хотя эти цвета могут указывать на другую функцию, помимо питания розетки. Тем не менее, со всей горячей проволокой следует обращаться одинаково: не касайтесь горячей проволоки, если нет подключенного и работающего источника питания.

Нейтральный провод

После того, как горячий провод инициализировал начало цепи, должен быть другой провод для завершения цепи. Эту роль выполняет нейтральный провод. Нейтральный провод возвращает схему к исходному источнику питания. В частности, нейтральный провод соединяет цепь с землей или шиной, обычно подключаемой к электрической панели. Это обеспечивает циркуляцию токов в вашей электрической системе, что позволяет полностью использовать электричество. Кроме того, это предотвращает возникновение неисправного или избыточного тока в вашей розетке.

Нейтральные провода обозначаются белым или серым корпусом. Хотя они не всегда могут пропускать электрический ток, с ними следует обращаться так же осторожно, как с горячей проволокой.

Провод заземления

Итак, если горячая и нейтраль уже используются для создания цепи, какая роль остается? Ответ — конечно же безопасность! Провод заземления действует как защита от нестабильных электрических токов. В нормальных условиях цепи заземляющий провод не пропускает ток.Но когда происходит электрическая авария, такая как короткое замыкание, заземляющий провод отводит нестабильный ток от вашей электрической системы и направляет его к земле.

Заземляющий провод легко узнать по зеленому корпусу. Но не во всех домах он может быть. Хотя это требование NEC для новых домов, в старых домах не всегда есть заземляющий провод. Чтобы узнать, есть ли в вашем доме провод заземления, проверьте свои розетки. Если у ваших розеток три контакта, значит, в вашем доме есть заземляющий провод.Если выводов только два, заземляющий провод использовать нельзя. В последнем случае мы рекомендуем проконсультироваться с Roman Electric, чтобы определить, можно ли в вашем доме установить новый провод заземления.

Заходите на сайт Roman Electric, чтобы получить больше советов по электромонтажу! И обращайтесь к нам за доступными и качественными услугами по электромонтажу и ремонту. Позвоните нам по телефону 414-771-5400, чтобы связаться с ведущими специалистами по электричеству Милуоки.