AC: Mengapa membedakan Ground dan Netral?

Arus mengalir melalui titik penghubung konduktor pada berbagai potensi.

Mengesampingkan detail multi-fase, sistem AC umum / konvensional menggunakan pengaturan 3-kawat:

• Kawat-1: kawat garis / langsung / panas / fase yang menunjukkan titik yang berosilasi di antara 2 potensi.

• Kawat-2: kawat netral yang menunjukkan titik potensial yang tidak diketahui / tidak ditentukan dan bervariasi, yang tetap menghadirkan beberapa perbedaan potensial tetap / spesifik untuk Kawat-1 setidaknya beberapa waktu.

• Kawat-3: kawat tanah / bumi yang menghadirkan titik pada perbedaan potensial 0V dengan lingkungan fisik terdekatnya.

Kawat-1 dan Kawat-2, di samping beberapa perangkat yang akan didukung, digunakan untuk membangun rangkaian listrik tertutup. Wire-3, mengesampingkan masalah EMI / shielding, digunakan untuk memastikan bahwa arus akan mengalir melewatinya, daripada pengguna perangkat, jika pernah ada kesalahan dan pengguna perangkat melakukan kontak dengan Wire-1 atau Wire-2.

Selain itu, Wire-2 dan Wire-3 pada beberapa titik terhubung. Hal ini dilakukan untuk memastikan bahwa potensi Kawat-2 tetap dekat dengan potensi Kawat-3 .. yang tampaknya penting karena beberapa alasan.

Sekarang bagian yang saya tidak mengerti adalah mengapa harus ada perbedaan antara Kawat-2 dan Kawat-3 pada stopkontak, jika tidak ada beberapa meter lebih jauh di telepon.

Saya sudah mencoba mencari ini, tetapi semua jawaban yang saya temukan sejauh ini sepertinya tidak lengkap. Jawabannya bergantung pada bagaimana pertanyaan itu diungkapkan:

• Jika pertanyaannya diutarakan sebagai "Mengapa kita membutuhkan Wire-3 selain Wire-2" jawabannya adalah karena "Wire-2 mungkin memiliki perbedaan potensial yang substansial dengan lingkungan / pengguna dan dengan demikian membahayakan dirinya jika dia / dia. dia pernah melakukan kontak dengannya atau Wire-1 ".

• Jika pertanyaannya diutarakan sebagai "Mengapa kita membutuhkan Kawat-2 selain Kawat-3" jawabannya adalah karena "Kawat-2 diperlukan untuk membentuk sirkuit listrik tertutup" atau diucapkan agak berbeda "Kawat-2 diperlukan untuk membuat perbedaan potensial untuk Kawat-1 dan dengan demikian untuk arus mengalir ".. dengan argumen lebih lanjut adalah bahwa ketika mempertimbangkan pertimbangan praktis, Kawat-3 tidak dapat memberikan perbedaan potensial yang dapat diandalkan / stabil untuk Kawat-1 seperti Kawat-2 dapat .

Ini tidak benar-benar menjawab mengapa ada kebutuhan untuk membedakan antara Wire-2 / Wire-3, mengingat caranya

• Wire-3 tetap Wire-3 dan mempertahankan 0V perbedaan potensial untuk sekelilingnya / pengguna, terlepas dari apa pun yang terjadi di sekitarnya .. karena itulah yang seharusnya dilakukan, atau diutarakan secara berbeda, karena itulah alasan mengapa Wire-3 menjadi berguna di tempat pertama .. benar?

dan

• Kawat-2 terhubung ke Kawat-3

Apa yang kulewatkan di sini?

• Mengapa aman untuk menyentuh Kawat-3 tetapi bukan Kawat-2, atau mengapa Kawat-3 dapat memberikan tingkat perlindungan yang tidak bisa dilakukan Kawat-2?

• Mengapa membedakan antara Kawat-2 dan Kawat-3 pada soket daya tetapi kemudian menghubungkannya lebih jauh ke telepon?

Jika kabel 100% andal dan tidak tahan, tidak akan ada perbedaan antara netral (konduktor ground) dan safety ground (konduktor grounding). Namun, tidak ada ketentuan yang berlaku.

Sekalipun konduktor ground-netral dan ground-keselamatan terhubung pada panel pemutus, alat menggambar arus agak jauh dari kotak dapat menyebabkan penurunan tegangan yang signifikan pada konduktor ground-netral. Adanya bagian perangkat yang terbuka yang terhubung ke arde menggunakan konduktor pentanahan yang terpisah akan menghindari tegangan pada ujung kabel netral agar tidak muncul di bagian yang terbuka.

Selain itu, menggunakan konduktor yang terpisah memastikan bahwa berbagai kegagalan tunggal dapat terjadi tanpa menciptakan situasi berbahaya segera (meskipun kegagalan kedua yang terjadi tanpa yang pertama diperbaiki dapat langsung berbahaya).

1. Jika bagian yang terbuka dari perangkat terhubung ke konduktor pembumian-keselamatan, dan kabel panas di dalam perangkat secara tidak sengaja menyentuh bagian-bagian itu, arus hubung singkat harus menyebabkan pemutus.

2. Jika kabel panas gagal antara panel pemutus dan perangkat, perangkat tidak akan mendapatkan daya, tetapi tidak akan ada tegangan berbahaya di mana pun di dekat perangkat.

3. Jika kabel ground netral gagal, kabel netral di perangkat mungkin hanya beberapa ohm yang terpisah dari potensial panas langsung, tetapi tidak ada arus yang mengalir melaluinya, dan tidak ada jalur yang ada darinya ke apa pun yang mungkin disentuh operator. Bagian-bagian yang terbuka akan tetap terhubung dengan aman ke konduktor pentanahan keselamatan.

4. Jika kabel keselamatan-pembumian gagal, perangkat tidak akan lagi terlindungi dari kemungkinan kawat panas menyentuh kasing, tetapi tidak ada bahaya langsung akan dibuat.

Jika kasing tidak terhubung dengan apa pun, kegagalan # 1 akan menciptakan situasi yang berpotensi mematikan segera; jika terhubung ke netral, kegagalan # 3 akan menciptakan situasi yang berpotensi mematikan segera. Namun, dengan hadirnya kedua kabel, satu kegagalan tidak akan menciptakan bahaya langsung.

TL; DR:

Kabel arde adalah fitur keselamatan untuk membuat Anda tetap aman jika hal-hal tidak berjalan dengan baik.

Anda memiliki kabel netral sebagai kabel penghantar arus untuk memberikan daya.

Anda memiliki kabel arde sebagai titik arde yang aman untuk peralatan dengan rumah konduktif (logam) dan sebagai jalur hubung singkat yang aman untuk arus saat keadaan memburuk.

Sekarang, beberapa latar belakang. Di AS, daya dikirim ke rumah dengan tegangan lebih tinggi dan diundurkan untuk memberikan 230 VAC dengan keran pusat.

Netral terhubung ke keran tengah.

Dari kedua ujung keluaran transformator Anda memiliki 230VAC.

Dari kedua ujung ke pusat ketuk Anda memiliki 115VAC.

Jadi ada 2 sirkuit yang menyediakan 115VAC. Kedua sirkuit ini masing-masing memberikan daya untuk setengah lampu dan setengah outlet di rumah.

Dengan demikian netral melayang, dan pada beberapa tegangan yang tidak diketahui di atas tegangan tanah (literal) di bawah kaki Anda. Menyentuh netral akan sangat berbahaya. Menyentuh salah satu kabel langsung juga sangat berbahaya.

Untuk menjaga netral dari mengambang, itu terhubung ke tanah rumah - ada konduktor logam besar di tanah di bawah rumah yang menyediakan koneksi nyata ke tanah yang sebenarnya.

Ada dua titik bahaya ketika berhadapan dengan sistem tenaga.

Salah satunya adalah bahaya menghubungkan diri Anda di antara dua garis pembawa tegangan - ini jelas akan menyebabkan arus mengalir melalui tubuh Anda.

Bahaya lain jika menghubungkan diri Anda antara garis pembawa tegangan dan tanah - secara harfiah, tanah di bawah kaki Anda. Jika sistem daya tidak di-ground, maka akan selalu memiliki perbedaan tegangan seperti yang diukur ke tanah.

Bahaya pertama dapat diatasi dengan tidak pernah menyentuh lebih dari satu kabel pada satu waktu - biasanya cukup mudah dilakukan.

Yang kedua jauh lebih sulit. Jika Anda menyentuh kawat apa pun dari sistem daya yang tidak dibumikan, akan ada perbedaan tegangan antara itu dan arde dan arus akan mengalir melalui tubuh Anda = ouch / mati.

Untuk mengurangi bahaya kedua ini, sistem tenaga dibumikan.

Di AS, Anda menggunakan kabel netral. Sekarang (hampir) potensi dasarnya. Sekarang, ada satu kabel yang harus disentuh dengan aman. Ini adalah alasan untuk menghubungkan netral ke ground.

Kedua kabel hidup sekarang berada di 115VAC yang diukur ke tanah, tetapi hanya ada satu kabel hidup di setiap outlet, sehingga kabelnya agak lebih aman - hanya ada satu kabel di kotak outlet yang dapat membunuh Anda.

TETAPI kita belum selesai. Jika ada arus besar yang mengalir melalui netral maka (berkat hukum Ohm) akan ada perbedaan tegangan antara itu dan ground, sehingga netral tidak lagi benar-benar potensial di tanah.

Mengingat bahwa dua sirkuit 115VAC di rumah Amerika tidak pernah dapat diseimbangkan, hampir selalu ada arus yang mengalir melalui garis netral sehingga tidak benar-benar potensial di tanah.

Sekarang, bayangkan Anda menggunakan perangkat dengan housing logam yang di-ground. Jika Anda menggunakan netral sebagai tempat aman, maka perumahan tidak benar-benar berpotensi tanah sehingga Anda mendapatkan kesemutan tingkat rendah (semoga saja) jika Anda menyentuh perumahan - tidak baik, masih bisa melukai.

Jika ada kekurangan dari kawat langsung ke rumah logam maka tegangan pada rumah akan naik == Aduh, Aduh, Aduh. Jika kabel netral putus di kabel listrik atau memiliki koneksi yang buruk di outlet, maka housing logam sekarang berada di tegangan line = pengguna mati.

Sekarang, bayangkan perangkat yang sama dengan kabel arde pengaman. Tanah pengaman terhubung ke rumah logam. Karena tidak pernah ada arus yang mengalir melalui safety ground (kecuali ketika itu melindungi Anda dari korsleting) perumahan perangkat benar-benar di permukaan tanah = sangat aman, tidak ada kesemutan.

Jika sekarang ada kekurangan dari kabel langsung ke rumahan, tegangan pada rumahan hanya akan naik sedikit (resistansi dari kabel pentanahan) sebelum pemutus sirkuit terputus. Tegangan mungkin cukup tinggi untuk tergelitik, tetapi tidak cukup untuk membunuh = pengguna tetap hidup.

Berdasarkan berbagai tempat, ini kemungkinan besar merupakan pertanyaan tentang persyaratan NEC (National Electrical Code) AS, saya pikir.

Mengapa membedakan antara Kawat-2 dan Kawat-3 pada soket daya tetapi kemudian menghubungkannya lebih jauh ke telepon?

Karena jika Anda menghubungkannya lebih jauh ke hulu dari panel utama, maka Anda memiliki jalur arus balik normal melalui kabel pentanahan, yang menciptakan situasi tidak aman bagi siapa pun yang menyentuhnya atau apa pun yang terhubung dengannya, yang merupakan banyak selubung logam. Seperti dijelaskan lebih lanjut dalam satu buku yang layak tentang topik ini .

Netral adalah konduktor ground berdasarkan koneksi pada layanan, tetapi bukan konduktor ground karena tidak digunakan untuk menghubungkan apa pun ke ground. Ini hanya digunakan untuk membawa arus beban normal lampu, outlet, atau perangkat lain yang terhubung dari fase ke netral. Konduktor ground tetap terisolasi dari tanah di mana-mana kecuali ikatan pada layanan. Jika ada lebih dari satu koneksi ke ground, beban arus netral akan membagi antara konduktor ground dan EGC (konduktor pentanahan peralatan). Hal ini dapat mengakibatkan aliran arus kontinu pada sistem saluran atau struktur logam dan perpipaan, yang dapat menyebabkan korosi elektrolitik dan interferensi dengan peralatan elektronik sensitif karena medan magnet yang terpancar.

Sebenarnya pengaturan AS tidak begitu mudah sebagai tiang babi (transformator) dibagi oleh beberapa rumah (di burbs) dan netral terbuka di satu rumah menciptakan jalur pengembalian saat ini melalui landasan rumah di dekatnya, sesuatu yang tidak terlalu mudah untuk di-debug (gambar dari buku yang sama):

Adapun pertanyaan lainnya:

Mengapa aman untuk menyentuh Kawat-3 tetapi bukan Kawat-2, atau mengapa Kawat-3 dapat memberikan tingkat perlindungan yang tidak bisa dilakukan Kawat-2?

Yah, sebagian besar lebih aman . Ini pasti sama tidak amannya selama kesalahan. Buku yang sama mengatakan (hal. 104):

Jangan pernah berasumsi bahwa konduktor elektroda ground sudah mati.

Akhirnya, pengaturan yang diamanatkan NEC ini disebut sistem pentanahan TN-CS dalam istilah IEC. Di Eropa (termasuk Inggris), khususnya di daerah perkotaan, sistem TN-S, di mana bumi terbagi dari netral sampai ke gardu biasa .

Seperti yang sudah Anda baca di tempat lain, Netral diharuskan membawa arus balik dari Panas, tetapi terikat ke Ground tepat pada satu titik untuk membuatnya agak lebih aman untuk disentuh secara tidak sengaja. Itu hanya mengayun beberapa volt bukannya seratus atau dua. Itu sebabnya Anda selalu mengganti sisi panas dari suatu beban walaupun itu membuat sirkuit pengontrol lebih sulit.

Karena Netral mengayunkan beberapa volt, dan bisa memanas dan jatuh dalam kasus yang ekstrem, sehingga membuat seluruh kekacauan menjadi Panas, Ground diperlukan untuk memberikan 0V yang benar dibandingkan dengan kotoran. Ini berarti bahwa ia tidak dapat membawa arus apa pun karena itu akan membuatnya tidak terhubung ke alat lagi, seperti Netral. Namun, meskipun itu tidak membawa arus operasi, diharuskan untuk membawa arus gangguan agar trip sekering / pemutus jika pengguna sebaliknya akan terkena Panas.

Anda membuat poin yang bagus dan saya pikir masuk akal untuk mempertimbangkan bahwa kawat 3 (bumi) dapat dihilangkan sepenuhnya. Lagipula bukan seperti layar yang menghentikan emisi yang berasal - itu hanya kawat dan biasanya penampang yang lebih kecil daripada yang hidup atau netral.

Tapi bagaimana cara pemutus sirkuit kebocoran bumi berfungsi untuk melindungi pengguna? Itu (sebuah ELCB) duduk di sana mencari arus bumi yang mengalir kembali ke kawat bumi - arus ini memberi tahu bahwa ada sesuatu yang tidak biasa terjadi pada beban (TV, mesin cuci, kipas langit-langit dll.). Jika arus mengalir maka beberapa isolasi rusak dan bagian-bagian yang berpotensi terbuka dari suatu alat (terhubung ke kawat bumi) mungkin berada dalam bahaya terhubung ke kawat hidup karena degradasi atau penyalahgunaan. Jika ini terjadi maka hanya kawat-3 yang dapat memberitahu kami hal ini.

Instalasi modern (di UE) menggunakan RCB untuk melakukan hal yang sama tetapi tidak mengandalkan pengukuran arus bumi - mereka menyiratkannya dengan mengukur "perbedaan" arus antara hidup dan netral. Ini dilakukan dengan mengumpankan L dan N melalui inti toroidal dan memiliki belitan sekunder multi-belokan yang dapat memicu reset jika "perbedaan" naik di atas (katakanlah) 30mA.

Sekarang pikirkan tentang tukang listrik miskin yang memasang kabel rumah seseorang - jika netral tidak dapat dibedakan dari hidup dengan voltmeter sederhana maka pekerjaannya jauh lebih sulit.

Hanya beberapa pemikiran.

Jika tidak ada arus yang mengalir melalui Kawat-3 maka tidak akan ada potensi melintasinya (hukum Ohm). Dengan demikian, semua case yang terhubung ke Wire-3 juga berpotensi, artinya aman untuk disentuh karena tidak ada potensi antara case dan ground.

Kawat-2 membawa arus dan jika terhubung ke kasing maka akan mengarah ke potensial dari kasing ke ground, yang mungkin berbahaya. Juga dimungkinkan bahwa jika Kawat-2 rusak dan perangkat terhubung dengan cara yang salah (Kawat-2 dan Kawat-1 dipertukarkan, dengan mudah dimungkinkan) kasing tiba-tiba memiliki potensi fase penuh untuk ditanahkan.

Jika Anda menghubungkan Kawat-2 pada titik yang berbeda ke ground, Anda juga akan membuatnya tidak mungkin untuk mendeteksi arus sisa secara andal - dan itu sudah dapat membunuh Anda.

Lebih jauh ke bawah garis hanya pribadi terlatih akan berhubungan dengan garis dan keselamatan tambahan mungkin tidak diperlukan lagi. Dan Anda menghemat banyak uang karena tidak memiliki kabel keempat sepanjang jalan kembali ke generator. (Ada sistem yang bekerja seperti ini)

Setidaknya itulah yang saya mengerti - atau setidaknya berharap demikian.

Pemahaman yang saya pertahankan dan saya ingin memperkuat adalah bahwa "tanah" lebih jelas disebut sebagai "tanah aman". Itu ditambahkan sebagai sistem pentanahan sekunder untuk keselamatan jika, misalnya, timah "panas" masuk ke kasing (logam) perangkat. Tidak selalu ada 3-kawat, sirkuit fase tunggal. Kawat "netral" atau "kembali" adalah konduktor balik ke pembangkit listrik. Saya selalu berusaha menjadikan ini sebagai referensi saya. (Saya mungkin berada jauh di sini, tetapi saya mendapat kesan bahwa konduktor pengembalian sebenarnya tidak diperlukan; kembali melalui bumi. Mohon saran.) Tidak ada layanan reguler untuk diterapkan ke sirkuit tanah (hijau) meskipun saya menduga ini nyaman kawat mulai digunakan sebagai sirkuit kontrol listrik '(timer dll ...). Pemilik listrik dan pemilik juga tidak akan mau menjalankan kabel terpisah untuk ini dan akan menipu dengan membiarkan arus kecil, kecil. Sakelar dinding lampu tradisional dicapai dengan menggelitik arus kecil melalui sirkuit bola lampu pijar yang tidak ada cahaya yang terlihat. CFL akan berkedip-kedip (saat muatan dibangun). Tanah terpisah akan memungkinkan sakelar dinding yang menyala berfungsi jika dibangun dengan kabel tambahan. Jadi, apakah kita mengizinkan penggunaan sirkuit ground ini atau tidak? Saya katakan tidak karena itu dimaksudkan untuk tidak hidup. Metode trickle adalah cheat yang rumit tetapi bukan sirkuit terbuka. Agak menyinggung, tetapi ini adalah kepraktisan dari situasi. Sakelar dinding lampu tradisional dicapai dengan menggelitik arus kecil melalui sirkuit bola lampu pijar yang tidak ada cahaya yang terlihat. CFL akan berkedip-kedip (saat muatan dibangun). Tanah terpisah akan memungkinkan sakelar dinding yang menyala berfungsi jika dibangun dengan kabel tambahan. Jadi, apakah kita mengizinkan penggunaan sirkuit ground ini atau tidak? Saya katakan tidak karena itu dimaksudkan untuk tidak hidup. Metode trickle adalah cheat yang rumit tetapi bukan sirkuit terbuka. Agak menyinggung, tetapi ini adalah kepraktisan dari situasi. Sakelar dinding lampu tradisional dicapai dengan menggelitik arus kecil melalui sirkuit bola lampu pijar yang tidak ada cahaya yang terlihat. CFL akan berkedip-kedip (saat muatan dibangun). Tanah terpisah akan memungkinkan sakelar dinding yang menyala berfungsi jika dibangun dengan kabel tambahan. Jadi, apakah kita mengizinkan penggunaan sirkuit ground ini atau tidak? Saya katakan tidak karena itu dimaksudkan untuk tidak hidup. Metode trickle adalah cheat yang rumit tetapi bukan sirkuit terbuka. Agak menyinggung, tetapi ini adalah kepraktisan dari situasi. apakah kita mengizinkan penggunaan sirkuit ground ini atau tidak? Saya katakan tidak karena itu dimaksudkan untuk tidak hidup. Metode trickle adalah cheat yang rumit tetapi bukan sirkuit terbuka. Agak menyinggung, tetapi ini adalah kepraktisan dari situasi. apakah kita mengizinkan penggunaan sirkuit ground ini atau tidak? Saya katakan tidak karena itu dimaksudkan untuk tidak hidup. Metode trickle adalah cheat yang rumit tetapi bukan sirkuit terbuka. Agak menyinggung, tetapi ini adalah kepraktisan dari situasi.

Netral (kawat-2) tidak terhubung ke tanah. Ini hanya mengukur sama dengan ground di outlet jika Anda tidak menggambar arus.

Segera setelah Anda menarik arus, tegangan pada koneksi netral di outlet tidak akan nol.

Mari kita gunakan contoh:

Outlet adalah 50 kaki dari pemutus Anda menggambar 12 amp, (pengering rambut,) kawat 14G. Situs ini , mengatakan hambatannya adalah 0,13 Ohm.

12A, * 0.13 Ohm = 1.56V pada blade di outlet. Tidak banyak, tetapi tidak nol.

Juga, ada pemutus yang lebih baru dan colokan GFI yang mendeteksi jika ada arus yang mengalir di kabel ground dan akan trip jika demikian.

Bergantung pada negara, Kawat-2 tidak selalu netral dan terhubung ke Kawat-3. Kawat-1/2 juga bisa menjadi dua fase (keduanya hidup). Aspek lain adalah bahwa Wire-3 selalu di-ground, melindungi casing logam agar tidak hidup jika terjadi kesalahan.

Inilah alasan tepatnya dalam bahasa Inggris yang sederhana. Jika Anda menggunakan alat atau alat dan entah bagaimana "ground" biasa menjadi terputus, ANDA kemudian bisa menjadi ground standar, mengejutkan, untuk sedikitnya. Namun, jika cangkang perkakas listrik Anda, rangka lampu Anda, atau semua logam di kompor listrik Anda juga diarde secara terpisah, Anda aman. Dalam keadaan normal, ground tidak akan pernah terputus, tetapi sesekali mungkin, jadi ada baiknya kabel ketiga terhubung dengan benar ke ground. Juga, di kabel yang salah, mungkin bagi beberapa orang idiot untuk menghubungkan dua kabel secara terbalik, banyak peralatan tetap berjalan, tetapi casingnya kemudian bisa LIVE! Tetapi jika casing dibumikan secara terpisah, itu akan segera meniup sekering.