AC: Warum zwischen Ground und Neutral unterscheiden?

Durch einen Leiteranschluss fließt Strom mit unterschiedlichen Potentialen.

Abgesehen von mehrphasigen Details verwenden herkömmliche Wechselstromsysteme einen 3-Draht-Aufbau:

• Draht-1: Ein Draht aus Leitung, Strom, Wärme und Phase, der einen Punkt darstellt, der zwischen zwei Potentialen oszilliert.

• Draht-2: Ein neutraler Draht, der einen Punkt mit unbekanntem / nicht spezifiziertem und variierendem Potential aufweist, der jedoch zumindest zeitweise eine feste / spezifizierte Potentialdifferenz zu Draht-1 aufweist.

• Draht-3: Ein Erdungsdraht, der einen Punkt mit einer Potentialdifferenz von 0 V zu seiner unmittelbaren physischen Umgebung darstellt.

Wire-1 und Wire-2 werden zusätzlich zu einigen Geräten, die mit Strom versorgt werden sollen, zum Aufbau eines geschlossenen Stromkreises verwendet. Unter Ausschluss von EMI- / Abschirmungsproblemen wird Draht-3 verwendet, um sicherzustellen, dass Strom durch ihn fließt und nicht durch den Benutzer des Geräts, falls jemals Fehler auftreten und der Benutzer des Geräts mit Draht-1 oder Draht-2 in Kontakt kommt.

Zusätzlich dazu werden jedoch Wire-2 und Wire-3 irgendwann verbunden. Dies geschieht, um sicherzustellen, dass das Potenzial von Wire-2 nahe dem von Wire-3 bleibt. Dies scheint aus irgendeinem Grund wichtig zu sein .

Der Teil, den ich nicht verstehe, ist, warum es eine Unterscheidung zwischen Draht-2 und Draht-3 an der Steckdose geben muss, wenn es einige Meter weiter keine gibt.

Ich habe versucht, dies nachzuschlagen, aber alle Antworten, die ich bisher finden konnte, scheinen unvollständig zu sein. Die Antworten hängen davon ab, wie die Frage formuliert ist:

• Wenn die Frage lautet: "Warum brauchen wir Wire-3 zusätzlich zu Wire-2?", Lautet die Antwort: "Wire-2 weist möglicherweise einen erheblichen potenziellen Unterschied zu seiner Umgebung / seinem Benutzer auf und gefährdet ihn / sie, wenn er / sie / sie kommt jemals damit in Kontakt oder mit Wire-1 ".

• Wenn die Frage wie folgt lautet: "Warum brauchen wir Draht-2 zusätzlich zu Draht-3?" Die Antwort lautet: "Draht-2 wird benötigt, um einen geschlossenen Stromkreis zu bilden" oder etwas anders formuliert: "Zum Erstellen wird Draht-2 benötigt eine Potentialdifferenz zu Draht-1 und damit zum Fließen des Stroms ".. mit dem Argument, dass Draht-3 unter Berücksichtigung praktischer Überlegungen keine zuverlässige / stabile Potentialdifferenz zu Draht-1 liefern kann, wie es Draht-2 kann .

Dies beantwortet nicht wirklich, warum es notwendig ist, zwischen Draht-2 / Draht-3 zu unterscheiden, wenn man bedenkt, wie

• Wire-3 bleibt Wire-3 und behält die 0-V-Potentialdifferenz zu seiner Umgebung / seinem Benutzer bei, unabhängig davon, was sonst um ihn herum passiert in erster Linie nützlich .. oder?

und

• Draht 2 ist mit Draht 3 verbunden

Was vermisse ich hier?

• Warum ist es sicher, Wire-3, aber nicht Wire-2 zu berühren, oder warum kann Wire-3 eine Schutzstufe bieten, die Wire-2 nicht bietet?

• Warum zwischen Kabel 2 und Kabel 3 an der Steckdose unterscheiden und diese dann weiter unten anschließen?

Wenn die Drähte zu 100% zuverlässig und widerstandsfrei wären, gäbe es keinen Unterschied zwischen dem Neutralleiter (geerdeter Leiter) und der Sicherheitserdung (geerdeter Leiter). Es gilt jedoch keine der beiden Bedingungen.

Selbst wenn die Neutralleiter und die Sicherheitsleiter an der Leistungsschalterplatte angeschlossen sind, kann ein Strom ziehendes Gerät in einiger Entfernung von der Box einen erheblichen Spannungsabfall im Neutralleiter verursachen. Wenn freiliegende Teile des Geräts über einen separaten Schutzleiter geerdet werden, wird verhindert, dass die Spannung am Ende des Neutralleiters an den freiliegenden Teilen des Geräts auftritt.

Darüber hinaus wird durch die Verwendung separater Leiter sichergestellt, dass eine Vielzahl von einzelnen Fehlern auftreten kann, ohne dass eine sofort gefährliche Situation entsteht (obwohl ein zweiter Fehler, der auftritt, ohne dass der erste behoben wurde, sofort gefährlich sein kann).

1. Wenn freiliegende Teile eines Geräts an den Schutzleiter angeschlossen werden und ein heißer Draht im Gerät versehentlich diese Teile berührt, sollten Kurzschlussströme den Schutzschalter auslösen.

2. Wenn der Heißdraht zwischen der Trennschalttafel und dem Gerät ausfällt, wird das Gerät nicht mit Strom versorgt, es treten jedoch keine gefährlichen Spannungen in der Nähe des Geräts auf.

3. Wenn der Nullleiter ausfällt, ist der Nullleiter im Gerät möglicherweise nur wenige Ohm vom direkten Heißpotential getrennt, es fließt jedoch kein Strom und es besteht kein Weg von ihm zu irgendetwas, das der Bediener berühren könnte. Freiliegende Teile wären weiterhin sicher mit dem Schutzleiter verbunden.

4. Wenn das Sicherheitserdungskabel ausfällt, ist das Gerät nicht mehr gegen das Berühren des Gehäuses durch einen heißen Draht geschützt, es besteht jedoch keine unmittelbare Gefahr.

Wenn der Fall mit nichts in Verbindung gebracht würde, würde der erste Fehler eine unmittelbare potenziell tödliche Situation schaffen. Wenn es mit dem Neutralleiter verbunden wäre, würde der Fehler Nr. 3 eine unmittelbare potenziell tödliche Situation schaffen. Wenn beide Drähte vorhanden sind, kann ein einzelner Fehler jedoch keine unmittelbare Gefahr darstellen.

TL; DR:

Das Erdungskabel ist ein Sicherheitsmerkmal, das Sie vor Funktionsstörungen schützt.

Sie haben eine neutrale Leitung als stromleitende Leitung zur Stromversorgung.

Sie haben das Erdungskabel als sicheren Erdungspunkt für Geräte mit leitenden (Metall-) Gehäusen und als sicheren Kurzschlusspfad für Strom, wenn es schlecht läuft.

Nun einige Hintergrundinformationen. In den USA wird der Strom mit höherer Spannung an das Haus geliefert und heruntergeregelt, um 230 VAC mit einem Mittelabgriff zu versorgen.

Der Neutralleiter ist mit dem Mittelhahn verbunden.

An den beiden Enden des Transformatorausgangs liegen 230 VAC an.

Von beiden Enden bis zum Mittelhahn haben Sie 115VAC.

Es gibt also 2 Stromkreise, die 115 VAC liefern. Diese 2 Stromkreise versorgen jeweils die Hälfte der Lampen und die Hälfte der Steckdosen im Haus mit Strom.

Der Neutralleiter schwebt also und befindet sich bei einer unbekannten Spannung über der Spannung des (wörtlichen) Bodens unter Ihren Füßen. Das Berühren des Neutralleiters wäre sehr gefährlich. Das Berühren eines der stromführenden Kabel ist ebenfalls sehr gefährlich.

Damit der Neutralleiter nicht schwimmt, ist er mit der Erdung des Hauses verbunden. Unterhalb des Hauses befindet sich ein großer Metallleiter, der eine echte Verbindung zur Erdung herstellt.

Beim Umgang mit einem Stromnetz gibt es zwei Gefahrenstellen.

Zum einen besteht die Gefahr, dass Sie sich zwischen zwei spannungsführenden Leitungen verbinden - dies führt offensichtlich dazu, dass Strom durch Ihren Körper fließt.

Die andere Gefahr besteht darin, sich zwischen einer spannungsführenden Leitung und dem Boden zu verbinden - im wahrsten Sinne des Wortes dem Boden unter Ihren Füßen. Wenn das Stromversorgungssystem nicht geerdet ist, wird immer eine Spannungsdifferenz zur Erde gemessen.

Die erste Gefahr kann umgangen werden, indem Sie nie mehr als einen Draht gleichzeitig berühren - normalerweise recht einfach.

Der zweite ist viel schwieriger. Wenn Sie ein Kabel eines ungeerdeten Stromversorgungssystems berühren, besteht eine Spannungsdifferenz zwischen dem Kabel und der Erde, und es fließt Strom durch Ihren Körper = autsch / tot.

Um diese zweite Gefahr zu verringern, werden Stromversorgungssysteme geerdet.

In den USA haben Sie den Neutralleiter geerdet. Es liegt jetzt (fast) auf Erdpotential. Jetzt gibt es einen Draht, den man (versehentlich) sicher berühren sollte. Dies ist der Grund, den Neutralleiter mit Masse zu verbinden.

Die beiden stromführenden Kabel haben jetzt eine Spannung von 115 VAC (gemessen gegen Erde), aber es gibt nur ein stromführendes Kabel in jeder Steckdose, sodass die Verkabelung etwas sicherer ist - es gibt nur ein Kabel in der Steckdose, das Sie töten kann.

ABER wir sind noch nicht fertig. Wenn ein großer Strom durch den Neutralleiter fließt, gibt es (dank des Ohmschen Gesetzes) eine Spannungsdifferenz zwischen ihm und Masse, sodass der Neutralleiter nicht mehr wirklich auf Massepotential liegt.

Da die beiden 115-V-Wechselstromkreise in einem amerikanischen Haus niemals ausgeglichen werden können, fließt fast immer ein Strom durch die neutrale Leitung, sodass sie nicht wirklich auf Erdpotential liegen.

Stellen Sie sich vor, Sie verwenden ein Gerät mit einem geerdeten Metallgehäuse. Wenn Sie den Neutralleiter als Sicherheitserdung verwenden, liegt das Gehäuse nicht wirklich auf Erdpotential, sodass Sie ein (hoffentlich nur) geringes Kribbeln bekommen, wenn Sie das Gehäuse berühren - nicht gut, kann immer noch wehtun.

Wenn es einen Kurzschluss vom stromführenden Kabel zum Metallgehäuse gibt, steigt die Spannung am Gehäuse == Autsch, Autsch, Autsch. Wenn der Neutralleiter jetzt das Netzkabel bricht oder eine schlechte Verbindung in der Steckdose hat, ist das Metallgehäuse jetzt auf Netzspannung = toter Benutzer.

Stellen Sie sich nun dasselbe Gerät mit einem Sicherheitserdungskabel vor. Die Sicherheitserdung ist mit dem Metallgehäuse verbunden. Da niemals Strom durch die Sicherheitserdung fließt (es sei denn, es schützt Sie vor einem Kurzschluss), befindet sich das Gehäuse des Geräts wirklich auf Bodenniveau = absolut sicher, kein Kribbeln.

Wenn es jetzt einen Kurzschluss vom stromführenden Kabel zum Gehäuse gibt, steigt die Spannung am Gehäuse nur geringfügig an (Widerstand des Erdungskabels), bevor der Leistungsschalter abschaltet. Die Spannung könnte hoch genug werden, um zu prickeln, aber nicht genug, um zu töten = der Benutzer kann weiterleben.

Aufgrund der verschiedenen Prämissen ist dies wahrscheinlich eine Frage der US-amerikanischen NEC-Anforderungen (National Electrical Code), denke ich.

Warum zwischen Kabel 2 und Kabel 3 an der Steckdose unterscheiden und diese dann weiter unten anschließen?

Denn wenn Sie sie weiter stromaufwärts vom Hauptpanel anschließen, haben Sie einen normalen Rückstrompfad durch das Erdungskabel, was eine unsichere Situation für jeden schafft, der es berührt oder irgendetwas, das damit verbunden ist, das viele Metallgehäuse sind. Wie ausführlicher in einem anständigen Buch zum Thema .

Der Neutralleiter ist aufgrund des Anschlusses im Servicefall ein geerdeter Leiter, jedoch kein Erdungsleiter, da er nicht zum Anschließen anderer Teile an die Erde verwendet wird. Es wird nur verwendet, um den normalen Laststrom von Lampen, Steckdosen oder anderen Geräten zu führen, die von Phase zu Neutralleiter geschaltet sind. Der geerdete Leiter bleibt bis auf die Verbindung im Servicefall überall von der Erde isoliert. Wenn mehr als eine Verbindung zur Erde hergestellt wird, werden lastneutrale Ströme zwischen dem geerdeten Leiter und den EGCs (Geräteerdungsleitern) aufgeteilt. Dies kann zu einem kontinuierlichen Stromfluss auf Leitungssystemen oder Metallstrukturen und Rohrleitungen führen, der zu elektrolytischer Korrosion und zu Interferenzen mit empfindlichen elektronischen Geräten aufgrund abgestrahlter Magnetfelder führen kann.

Tatsächlich ist das US-Setup nicht so narrensicher, da mehrere Häuser (in den Vororten) eine Schweinestange (einen Transformator) gemeinsam haben und ein offener Neutralleiter in einem Haus den folgenden Stromrückweg durch die Erdung eines nahegelegenen Hauses herstellt nicht so einfach zu debuggen (Bild aus dem gleichen Buch):

Was die andere Frage betrifft:

Warum ist es sicher, Wire-3, aber nicht Wire-2 zu berühren, oder warum kann Wire-3 eine Schutzstufe bieten, die Wire-2 nicht bietet?

Nun, es ist die meiste Zeit sicherer . Es ist sicherlich genauso unsicher während einer Störung. Das gleiche Buch sagt (S. 104):

Nehmen Sie niemals an, dass ein Erdungselektrodenleiter tot ist.

Schließlich wird diese von NEC vorgeschriebene Konfiguration in IEC-Jargon als TN-CS-Erdungssystem bezeichnet. In Europa (einschließlich Großbritannien), insbesondere in städtischen Gebieten, ist das TN-S-System, bei dem die Erde vom Neutralleiter bis zum Umspannwerk gespalten ist, weit verbreitet .

Wie Sie bereits an anderer Stelle gelesen haben, muss der Neutralleiter den Rückstrom von Hot führen, ist jedoch an genau einem Punkt an Ground gebunden , damit es etwas sicherer ist, ihn versehentlich zu berühren. Es schwingt nur ein paar Volt statt ein oder zweihundert. Aus diesem Grund schalten Sie die heiße Seite einer Last immer um, auch wenn dies den Regelkreis erschwert.

Da Neutral ein paar Volt schwingt und sich in extremen Fällen erwärmen und abfallen kann, wodurch das gesamte Chaos heiß wird, muss Erdung im Vergleich zu Schmutz echte 0 V liefern. Dies bedeutet, dass es keinen Strom mehr führen kann, da es auf der Geräteseite nicht mehr geerdet ist, genau wie Neutral. Obwohl es keinen Betriebsstrom führt, muss es einen Fehlerstrom führen, um die Sicherung / den Leistungsschalter auszulösen, wenn der Benutzer anderenfalls heißem Strom ausgesetzt wäre.

Sie machen einen guten Punkt und ich denke, es ist vernünftig zu bedenken, dass Draht 3 (Erde) vollständig beseitigt werden könnte. Schließlich ist es nicht so, als ob ein Schirm die Emission stoppen würde - es ist nur ein Draht und normalerweise von kleinerem Querschnitt als unter Spannung oder neutral.

Aber wie würde dann ein Fehlerstromschutzschalter funktionieren, um einen Benutzer zu schützen? Es (ein ELCB) sucht dort nach einem Erdstrom, der über das Erdkabel zurückfließt - dieser Strom zeigt an, dass an der Last etwas Ungewöhnliches passiert (Fernseher, Waschmaschine, Deckenventilator usw.). Wenn ein Strom fließt, bricht eine Isolation zusammen und es besteht die Gefahr, dass möglicherweise freiliegende Teile eines Geräts (die an das Erdungskabel angeschlossen sind) aufgrund von Beschädigung oder unsachgemäßer Verwendung an das unter Spannung stehende Kabel angeschlossen werden. In diesem Fall kann uns nur Wire-3 dies mitteilen.

Moderne Installationen (in der EU) verwenden RCBs, um das Gleiche zu tun, aber verlassen sich nicht auf die Messung eines Erdstroms - sie implizieren dies, indem sie den "Differenz" -Strom zwischen stromführendem und neutralem Strom messen. Dies erfolgt durch Speisung von L und N durch einen Ringkern und mit einer Multiturn-Sekundärwicklung, die den Reset auslösen kann, falls die "Differenz" über (sagen wir) 30 mA ansteigt.

Denken Sie jetzt an den armen Elektriker, der das Haus eines anderen verkabelt. Wenn der Neutralleiter nicht mit einem einfachen Voltmeter vom Stromnetz getrennt werden kann, ist seine (oder ihre) Arbeit viel schwieriger.

Nur ein paar Gedanken.

Wenn kein Strom durch Draht 3 fließt, liegt kein Potential darüber (Ohmsches Gesetz). Auf diese Weise liegt jedes Gehäuse, das an Wire-3 angeschlossen ist, ebenfalls auf Erdpotential, was bedeutet, dass es berührungssicher ist, da zwischen Gehäuse und Erde kein Potential besteht.

Kabel 2 führt Strom und führt, wenn es an das Gehäuse angeschlossen wird, zu einem Potenzial von Gehäuse zu Erde, das schädlich sein kann. Auch ist es möglich, dass das Gehäuse bei einem Kabelbruch und falschem Anschluss des Geräts (Kabel 2 und Kabel 1 vertauscht, leicht möglich) plötzlich das volle Phasenpotential gegen Erde hat.

Wenn Sie Wire-2 an verschiedenen Punkten mit Masse verbinden, können Sie auch Fehlerströme nicht zuverlässig erkennen - und diese können Sie bereits töten.

Weiter unten ist nur geschultes Personal in Kontakt mit den Leitungen und die zusätzliche Sicherheit wird möglicherweise nicht mehr benötigt. Und Sie sparen eine Menge Geld, wenn Sie keinen vierten Draht bis zum Generator haben. (Es gibt Systeme, die so funktionieren)

Das habe ich zumindest verstanden - oder hoffe es zumindest.

Das Verständnis, das ich beibehalten habe und bekräftigen möchte, ist, dass "Masse" deutlicher als "Sicherheitsmasse" bezeichnet wird. Es wurde als sekundäres Erdungssystem hinzugefügt, um die Sicherheit zu gewährleisten, wenn beispielsweise die "heiße" Leitung zum (metallischen) Gehäuse des Geräts führte. Es gab nicht immer 3-Leiter-Einphasenstromkreise. Die "neutrale" oder "Rückleitung" ist der Rückleiter zur Generatoranlage. Ich versuche immer, dies als meine Referenz zu behalten. (Ich bin zwar weit weg von hier, habe aber den Eindruck, dass der Rückleiter eigentlich nicht erforderlich ist; Rückleitung über Erde. Bitte geben Sie uns Bescheid.) Obwohl ich dies für zweckmäßig halte, darf keine regelmäßige Wartung des Erdungskreises (grün) durchgeführt werden Draht wird allmählich als Rückleitung für elektrische Steuerkreise (Timer usw.) verwendet. Der Elektriker und der Besitzer werden auch keinen separaten Draht dafür führen wollen und werden betrügen, indem sie einen kleinen, kleinen Strom zulassen. Herkömmliche beleuchtete Wandschalter werden durch Kitzeln eines kleinen Stroms durch den Glühlampenkreis erreicht, von dem kein Licht wahrgenommen wird. Die CFLs flackern (während die Ladung aufgebaut wird). Eine separate Erdung würde es dem beleuchteten Wandschalter ermöglichen, zu funktionieren, wenn er mit einem zusätzlichen Draht konstruiert wäre. Erlauben wir diese Verwendung des Massekreises oder nicht? Ich sage nein, weil es bestimmt nicht leben sollte. Die Trickle-Methode war ein kniffliger Betrug, aber kein offener Stromkreis. Ein bisschen tangential, aber das ist die Praktikabilität der Situation. Herkömmliche beleuchtete Wandschalter werden durch Kitzeln eines kleinen Stroms durch den Glühlampenkreis erreicht, von dem kein Licht wahrgenommen wird. Die CFLs flackern (während die Ladung aufgebaut wird). Eine separate Erdung würde es dem beleuchteten Wandschalter ermöglichen, zu funktionieren, wenn er mit einem zusätzlichen Draht konstruiert wäre. Erlauben wir diese Verwendung des Massekreises oder nicht? Ich sage nein, weil es bestimmt nicht leben sollte. Die Trickle-Methode war ein kniffliger Betrug, aber kein offener Stromkreis. Ein bisschen tangential, aber das ist die Praktikabilität der Situation. Herkömmliche beleuchtete Wandschalter werden durch Kitzeln eines kleinen Stroms durch den Glühlampenkreis erreicht, von dem kein Licht wahrgenommen wird. Die CFLs flackern (während die Ladung aufgebaut wird). Eine separate Erdung würde es dem beleuchteten Wandschalter ermöglichen, zu funktionieren, wenn er mit einem zusätzlichen Draht konstruiert wäre. Erlauben wir diese Verwendung des Massekreises oder nicht? Ich sage nein, weil es bestimmt nicht leben sollte. Die Trickle-Methode war ein kniffliger Betrug, aber kein offener Stromkreis. Ein bisschen tangential, aber das ist die Praktikabilität der Situation. erlauben wir diese Verwendung des Massekreises oder nicht? Ich sage nein, weil es bestimmt nicht leben sollte. Die Trickle-Methode war ein trickreicher Betrug, aber kein offener Stromkreis. Ein bisschen tangential, aber das ist die Praktikabilität der Situation. erlauben wir diese Verwendung des Massekreises oder nicht? Ich sage nein, weil es bestimmt nicht leben sollte. Die Trickle-Methode war ein trickreicher Betrug, aber kein offener Stromkreis. Ein bisschen tangential, aber das ist die Praktikabilität der Situation.

Neutralleiter (Draht 2) ist nicht geerdet. Sie misst nur dann die gleiche Masse wie die Masse an der Steckdose, wenn Sie keinen Strom ziehen.

Sobald Sie Strom ziehen, ist die Spannung am neutralen Anschluss an der Steckdose nicht Null.

Verwenden wir ein Beispiel:

Die Steckdose befindet sich 50 Fuß vom Trennschalter entfernt. Sie verbrauchen 12 Ampere (einen Haartrockner) und 14 G-Kabel. Diese Seite sagt der Widerstand ist 0,13 Ohm.

12A, * 0,13 Ohm = 1,56 V an der Klinge im Auslass. Nicht viel, aber nicht null.

Außerdem gibt es neuere Leistungsschalter und GFI-Stecker, die erkennen, ob im Erdungskabel Strom fließt, und in diesem Fall auslösen.

Je nach Land ist Wire-2 nicht immer neutral und an Wire-3 angeschlossen. Wire-1/2 kann auch zweiphasig sein (beide unter Spannung). Ein weiterer Aspekt ist, dass Wire-3 immer geerdet ist und das Metallgehäuse im Fehlerfall vor Spannung schützt.

Hier ist der genaue Grund im Klartext. Wenn Sie ein Werkzeug oder Gerät verwenden und die normale "Erdung" auf irgendeine Weise unterbrochen wird, können SIE, gelinde gesagt, die Standarderdung sein, die schockiert. Wenn jedoch das Gehäuse Ihres Elektrowerkzeugs, der Rahmen Ihrer Lampe oder das gesamte Metall in Ihrem Elektroherd separat geerdet sind, sind Sie in Sicherheit. Unter normalen Umständen wurde die Erdung niemals unterbrochen, aber gelegentlich. Es ist daher eine gute Idee, die dritte Leitung korrekt mit der Erdung zu verbinden. Auch bei fehlerhafter Verkabelung kann ein Idiot die beiden Drähte in umgekehrter Reihenfolge anschließen, viele Geräte würden sowieso laufen, aber das Gehäuse könnte dann LIVE sein! Wenn das Gehäuse jedoch separat geerdet wird, löst es sofort eine Sicherung aus.