AC: Por que diferenciar entre Ground e Neutral?

A corrente flui através de um condutor conectando pontos em diferentes potenciais.

Deixando de lado os detalhes multifásicos, os sistemas CA comuns / convencionais usam uma configuração de 3 fios:

• Fio-1: um fio de linha / ativo / quente / fase que apresenta um ponto que oscila entre 2 potenciais.

• Fio-2: um fio neutro que apresenta um ponto de potencial desconhecido / não especificado e variável, que, no entanto, apresenta alguma diferença de potencial fixo / especificado para o Fio-1 pelo menos uma parte do tempo.

• Fio-3: um fio terra / terra apresentando um ponto na diferença de potencial de 0V em relação ao seu ambiente físico imediato.

O fio 1 e o fio 2, além de algum dispositivo a ser alimentado, são usados ​​para construir um circuito elétrico fechado. O Fio-3, deixando de lado as preocupações com EMI / blindagem, é usado para garantir que a corrente flua através dele, e não do usuário do dispositivo, se ocorrer alguma falha e o usuário do dispositivo entrar em contato com o Fio-1 ou o Fio-2.

Além disso, porém, o Fio-2 e o Fio-3 estão em algum momento conectados. Isso é feito para garantir que o potencial do Fio-2 permaneça próximo ao do Fio-3 .. o que parece ser importante por algum motivo.

Agora, a parte que eu não entendo é o porquê de haver uma distinção entre o Fio-2 e o Fio-3 na tomada, se não houver alguns metros adiante.

Tentei procurar isso, mas todas as respostas que pude encontrar até agora parecem incompletas. As respostas dependem de como a pergunta é formulada:

• Se a pergunta for formulada como "Por que precisamos do Fio-3 além do Fio-2", a resposta é: "O Fio-2 pode estar em uma diferença potencial substancial em relação ao ambiente / usuário e, portanto, colocá-lo em perigo se ele / ela sempre entra em contato com ele ou com o fio 1 ".

• Se a pergunta for formulada como "Por que precisamos do Fio-2 além do Fio-3", a resposta é: "O Fio-2 é necessário para formar um circuito elétrico fechado" ou formulado de maneira um pouco diferente "O Fio-2 é necessário para criar uma diferença de potencial para o Fio-1 e, portanto, para a corrente fluir ".. com o argumento ainda de que, ao levar em consideração considerações práticas, o Fio-3 não pode fornecer uma diferença de potencial confiável / estável para o Fio-1, como o Fio-2 pode .

Isso realmente não responde por que é necessário diferenciar entre Wire-2 / Wire-3, considerando como

• O Wire-3 permanece o Wire-3 e mantém a diferença de potencial de 0V em relação ao ambiente / usuário, independentemente do que mais acontecer ao seu redor .. já que é isso que ele deve fazer ou fraseado de maneira diferente, pois essa é a razão para o Wire-3 ser útil em primeiro lugar .. certo?

e

• O fio 2 está conectado ao fio 3

O que estou perdendo aqui?

• Por que é seguro tocar no Fio-3, mas não no Fio-2, ou por que o Fio-3 pode fornecer um nível de proteção que o Fio-2 não pode?

• Por que diferenciar entre o fio 2 e o fio 3 na tomada elétrica e depois conectá-los mais abaixo na linha?

Se os fios fossem 100% confiáveis ​​e tivessem resistência zero, não haveria diferença entre o neutro (condutor aterrado) e o terra de segurança (condutor aterrado). Nenhuma condição se aplica, no entanto.

Mesmo que os condutores de aterramento neutro e de aterramento de segurança estejam conectados no painel do disjuntor, um aparelho de estiramento de corrente a alguma distância da caixa pode causar queda de tensão significativa no condutor de aterramento neutro. Fazer com que todas as partes expostas do dispositivo sejam conectadas ao terra usando um condutor de aterramento de segurança separado evita que a tensão na extremidade do fio neutro apareça nas partes expostas.

Além disso, o uso de condutores separados garante que uma variedade de falhas únicas possa ocorrer sem criar uma situação imediatamente perigosa (embora uma segunda falha que ocorra sem que a primeira tenha sido corrigida possa ser imediatamente perigosa).

1. Se partes expostas de um dispositivo estiverem conectadas ao condutor de aterramento de segurança, e um fio quente dentro do dispositivo tocar acidentalmente essas partes, as correntes de curto-circuito deverão disparar o disjuntor.

2. Se o fio quente falhar entre o painel do disjuntor e o dispositivo, o dispositivo não receberá energia, mas não haverá voltagens perigosas em qualquer lugar próximo ao dispositivo.

3. Se o fio neutro-aterrado falhar, o fio neutro no dispositivo pode estar apenas a alguns ohms separados do potencial quente direto, mas nenhuma corrente fluirá através dele e nenhum caminho existiria para qualquer coisa que o operador possa tocar. As peças expostas ainda seriam conectadas com segurança ao condutor de aterramento de segurança.

4. Se o fio de aterramento de segurança falhar, o dispositivo não será mais protegido contra a possibilidade de um fio quente tocar a caixa, mas nenhum perigo imediato será criado.

Se o caso não estivesse conectado a nada, a falha nº 1 criaria uma situação potencialmente letal imediata; se estivesse conectado ao neutro, a falha nº 3 criaria uma situação potencialmente letal imediata. Com os dois fios presentes, no entanto, uma única falha não criará perigo imediato.

TL; DR:

O fio terra é um recurso de segurança para mantê-lo seguro, caso as coisas não estejam funcionando corretamente.

Você tem um fio neutro como fio condutor de corrente para fornecer energia.

Você tem o fio terra como um ponto de aterramento seguro para equipamentos com carcaças condutoras (metálicas) e como um caminho seguro de curto-circuito para corrente quando as coisas correm mal.

Agora, alguns antecedentes. Nos EUA, a energia é fornecida à casa em alta tensão e é reduzida para fornecer 230 VCA com um toque central.

O neutro está conectado à torneira central.

Nas duas extremidades da saída do transformador, você tem 230VAC.

De cada extremidade ao centro, toque em 115VAC.

Existem, portanto, 2 circuitos que fornecem 115VAC. Esses dois circuitos fornecem energia para metade das luzes e metade das tomadas da casa.

O neutro está, portanto, flutuando e a uma tensão desconhecida acima da tensão do solo (literal) sob seus pés. Tocar o neutro seria muito perigoso. Tocar em qualquer um dos fios ao vivo também é muito perigoso.

Para impedir que o neutro flutue, ele é conectado ao chão da casa - há um grande condutor de metal no chão embaixo da casa que fornece uma conexão real com o chão real.

Existem dois pontos de perigo ao lidar com um sistema de energia.

Um é o perigo de se conectar entre duas linhas de transporte de tensão - isso obviamente fará com que a corrente flua pelo seu corpo.

O outro perigo é se conectar entre uma linha de tensão e o solo - literalmente, o solo sob seus pés. Se o sistema de energia não estiver aterrado, sempre haverá uma diferença de tensão conforme medida em relação ao solo.

O primeiro perigo pode ser contornado, nunca tocando em mais de um fio de cada vez - geralmente muito fácil de fazer.

O segundo é muito mais difícil. Se você tocar em qualquer fio de um sistema de energia não aterrado, haverá uma diferença de tensão entre ele e o terra e a corrente fluirá pelo seu corpo = ai / morto.

Para reduzir esse segundo perigo, os sistemas de energia estão aterrados.

Nos EUA, você aterra o fio neutro. Agora está (quase) no potencial do solo. Agora, há um fio que deve ser seguro (acidentalmente) tocar. Esta é a razão para conectar o neutro ao terra.

Os dois fios ativos agora estão em 115VCA, conforme medido em relação ao terra, mas há apenas um fio ativo em cada tomada, portanto a fiação é um pouco mais segura - há apenas um fio na caixa de tomada que pode matá-lo.

MAS ainda não terminamos. Se houver uma grande corrente fluindo através do neutro, então (graças à lei de Ohm) haverá diferença de tensão entre ele e o terra, portanto, o neutro não está mais no potencial de terra.

Dado que os dois circuitos de 115VCA em uma casa americana nunca podem ser balanceados, quase sempre há um fluxo de corrente através da linha neutra, portanto, ele não está realmente no potencial de terra.

Agora, imagine que você esteja usando um dispositivo com uma caixa de metal aterrada. Se você estiver usando o neutro como um aterramento de segurança, a carcaça não terá o potencial de terra, para que você tenha um formigueiro de baixo nível (espero que apenas) se tocar na carcaça - nada bom, ainda pode machucar.

Se houver um curto entre o fio ativo e a carcaça de metal, a tensão na carcaça aumentará == Ai, Ai, Ai. Se o fio neutro romper o cabo de alimentação ou tiver uma conexão ruim na tomada, a caixa de metal estará agora na tensão de linha = usuário morto.

Agora, imagine o mesmo dispositivo com um fio terra de segurança. O aterramento de segurança está conectado ao alojamento de metal. Como nunca há corrente fluindo através do aterramento de segurança (exceto quando o protege de um curto-circuito), o compartimento do dispositivo está realmente no nível do solo = perfeitamente seguro, sem formigamento.

Se agora houver um curto do fio ativo para a carcaça, a tensão na carcaça aumentará apenas um pouco (resistência do fio terra) antes que o disjuntor seja desconectado. A voltagem pode ficar alta o suficiente para formigar, mas não o suficiente para matar = o usuário continua vivendo.

Com base nas várias premissas, essa é provavelmente uma pergunta sobre os requisitos do NEC (Código Elétrico Nacional) dos EUA, eu acho.

Por que diferenciar entre o fio 2 e o fio 3 na tomada elétrica e depois conectá-los mais abaixo na linha?

Como se você conectá-los mais a montante do painel principal, você tem um caminho de corrente de retorno normal através do fio terra, o que cria uma situação insegura para qualquer pessoa que o toque ou qualquer coisa conectada a ele, o que é um monte de invólucros metálicos. Conforme detalhado em mais um livro decente sobre o assunto .

O neutro é um condutor aterrado em virtude da conexão no serviço, mas não é um condutor de aterramento porque não é usado para conectar mais nada ao aterramento. É usado apenas para transportar a corrente de carga normal de luzes, tomadas ou outros dispositivos conectados da fase ao neutro. O condutor aterrado permanece isolado do solo em qualquer lugar, exceto pela ligação no serviço. Se mais de uma conexão ao terra for feita, as correntes neutras de carga serão divididas entre o condutor aterrado e os EGCs (condutores de aterramento do equipamento). Isso pode resultar em fluxo contínuo de corrente nos sistemas de conduítes ou estruturas e tubulações metálicas, o que pode causar corrosão eletrolítica e interferência em equipamentos eletrônicos sensíveis devido a campos magnéticos irradiados.

Na verdade, a configuração dos EUA não é tão infalível como um poste de porco (transformador) é compartilhado por várias casas (nos subúrbios) e um ponto morto aberto em uma casa cria o seguinte caminho de retorno atual através do aterramento de uma casa próxima, algo que é não é muito fácil de depurar (imagem do mesmo livro):

Quanto à outra pergunta:

Por que é seguro tocar no Fio-3, mas não no Fio-2, ou por que o Fio-3 pode fornecer um nível de proteção que o Fio-2 não pode?

Bem, é mais seguro na maioria das vezes. É certamente tão inseguro durante uma falha. O mesmo livro diz (p. 104):

Nunca assuma que um condutor de eletrodo de aterramento está morto.

Finalmente, essa configuração exigida pela NEC é chamada de sistema de aterramento TN-CS na linguagem IEC. Na Europa (incluindo Reino Unido), especialmente em áreas urbanas, o sistema TN-S, em que a terra é dividida entre o neutro todo o caminho até a subestação é comum .

Como você já leu em outro lugar, o Neutral é obrigado a transportar a corrente de retorno da Hot, mas ela está ligada ao Ground em exatamente um ponto para torná-lo um pouco mais seguro ao tocar acidentalmente. Apenas oscila alguns volts em vez de cem ou dois. É por isso que você sempre alterna o lado quente de uma carga, mesmo que isso torne o circuito de controle mais difícil.

Como o Neutro balança alguns volts e pode aquecer e cair em casos extremos, tornando toda a bagunça quente, o solo é necessário para fornecer um 0V verdadeiro em comparação à sujeira. Isso significa que ele não pode carregar corrente, porque isso não tornaria mais aterrado no final do dispositivo, assim como o neutro. No entanto, mesmo que não possua corrente de operação, é necessário transportar corrente de falha para disparar o fusível / disjuntor se o usuário for exposto ao calor.

Você faz uma boa observação e acho razoável considerar que o fio 3 (terra) pode ser completamente eliminado. Afinal, não é como se fosse uma tela parando as emissões que emanam - é apenas um fio e, geralmente, de seção transversal menor do que viva ou neutra.

Mas então como um disjuntor de fuga à terra funcionaria para proteger um usuário? Ele (um ELCB) fica lá, procurando uma corrente de terra fluindo de volta pelo fio terra - essa corrente informa que algo incomum está acontecendo com a carga (TV, máquina de lavar, ventilador de teto etc.). Se uma corrente fluir, algum isolamento estará se deteriorando e as partes potencialmente expostas de um aparelho (conectadas ao fio terra) podem estar em risco de serem conectadas ao fio energizado devido a degradação ou uso indevido. Se isso acontecer, apenas o fio 3 pode nos dizer isso.

Instalações modernas (na UE) usam RCBs para fazer a mesma coisa, mas não dependem da medição de uma corrente de terra - elas implicam medindo a "diferença" de corrente entre ativa e neutra. Isso é feito alimentando L e N através de um núcleo toroidal e tendo um enrolamento secundário de várias voltas que pode acionar o reset, caso a "diferença" suba acima de (digamos) 30mA.

Agora pense no pobre eletricista que liga a casa de alguém - se o neutro não fosse indistinguível da vida por um voltímetro simples, então seu trabalho é muito mais difícil.

Apenas alguns pensamentos.

Se não houver corrente fluindo através do Fio-3, não haverá potencial através dele (lei de Ohms). Dessa forma, qualquer caixa conectada ao Fio-3 também tem potencial de aterramento, o que significa que é seguro tocar, pois não há potencial entre a caixa e a terra.

O fio-2 transporta corrente e, se conectado ao gabinete, levaria a um potencial do gabinete para o terra, o que poderia ser prejudicial. Também é possível que, se o Fio-2 se romper e o dispositivo estiver conectado de maneira incorreta (o Fio-2 e o Fio-1 sejam trocados, facilmente possível), o gabinete repentinamente terá potencial de fase completa para o aterramento.

Se você conectasse o Fio-2 em pontos diferentes ao terra, também tornaria impossível detectar correntes residuais de maneira confiável - e elas já podem matá-lo.

Mais abaixo na linha, apenas pessoal treinado estará em contato com as linhas e a segurança adicional poderá não ser mais necessária. E você economiza muito dinheiro sem ter um quarto fio até o gerador. (Existem sistemas que funcionam assim)

Essas são pelo menos as coisas que eu entendi - ou pelo menos espero que sim.

O entendimento que mantive e gostaria de reforçar é que "terreno" é mais claramente referenciado como "campo de segurança". Foi adicionado como um sistema de aterramento secundário para segurança, caso, digamos, o condutor "quente" fosse para o gabinete (metálico) do dispositivo. Nem sempre havia circuitos monofásicos de 3 fios. O fio "neutro" ou "retorno" é o condutor de retorno à planta do gerador. Eu sempre tento manter isso como minha referência. (Posso estar longe daqui, mas tenho a impressão de que o condutor de retorno não é realmente necessário; retorne pela terra. Por favor, informe.) Nenhum serviço regular deve ser aplicado ao circuito de aterramento (verde), embora eu suspeite disso. o fio está começando a ser usado como retorno dos circuitos de controle elétrico. O eletricista e o proprietário também não vão querer usar um fio separado para isso e trapacearão ao permitir uma corrente pequena e pequena. Os interruptores de parede iluminados tradicionais são alcançados fazendo cócegas em uma pequena corrente através do circuito da lâmpada incandescente, da qual nenhuma luz é notada. As lâmpadas fluorescentes compactadas piscarão (conforme a carga aumentar). Um aterramento separado permitiria que o interruptor de parede iluminado funcionasse se fosse construído com um fio adicional. Então, permitimos esse uso do circuito de aterramento ou não? Eu digo não, porque pretendia não estar vivo. O método trickle era um truque complicado, mas não um circuito aberto. Um pouco tangente, mas essa é a praticidade da situação. Os interruptores de parede iluminados tradicionais são alcançados fazendo cócegas em uma pequena corrente através do circuito da lâmpada incandescente, da qual nenhuma luz é notada. As lâmpadas fluorescentes compactadas piscarão (conforme a carga aumentar). Um aterramento separado permitiria que o interruptor de parede iluminado funcionasse se fosse construído com um fio adicional. Então, permitimos esse uso do circuito de aterramento ou não? Eu digo não, porque pretendia não estar vivo. O método trickle era um truque complicado, mas não um circuito aberto. Um pouco tangente, mas essa é a praticidade da situação. Os interruptores de parede iluminados tradicionais são alcançados fazendo cócegas em uma pequena corrente através do circuito da lâmpada incandescente, da qual nenhuma luz é notada. As lâmpadas fluorescentes compactadas piscarão (conforme a carga aumentar). Um aterramento separado permitiria que o interruptor de parede iluminado funcionasse se fosse construído com um fio adicional. Então, permitimos esse uso do circuito de aterramento ou não? Eu digo não, porque pretendia não estar vivo. O método trickle era um truque complicado, mas não um circuito aberto. Um pouco tangente, mas essa é a praticidade da situação. permitimos esse uso do circuito de aterramento ou não? Eu digo não, porque pretendia não estar vivo. O método trickle era um truque complicado, mas não um circuito aberto. Um pouco tangente, mas essa é a praticidade da situação. permitimos esse uso do circuito de aterramento ou não? Eu digo não, porque pretendia não estar vivo. O método trickle era um truque complicado, mas não um circuito aberto. Um pouco tangente, mas essa é a praticidade da situação.

Neutro (fio-2) não é aterrado. Ele mede apenas o mesmo terra na tomada se você não estiver consumindo corrente.

Assim que você consome corrente, a tensão na conexão neutra na tomada não será zero.

Vamos usar um exemplo:

A tomada fica a 15 metros do disjuntor que você está consumindo 12 amperes (um secador de cabelo) fio 14G. Este site, afirma que a resistência é 0.13 Ohms.

12A, * 0,13 Ohm = 1,56V na lâmina na tomada. Não muito, mas não zero.

Além disso, existem disjuntores e plugues GFI mais novos que detectam se há corrente fluindo no fio terra e, se houver, disparam.

Dependendo do país, o Fio-2 nem sempre é neutro e está conectado ao Fio-3. O Wire-1/2 também pode ser de duas fases (ambas ao vivo). Outro aspecto é que o Wire-3 está sempre aterrado, protegendo o invólucro de metal de estar ativo em caso de falha.

Aqui está o motivo exato em inglês simples. Se você estiver usando uma ferramenta ou aparelho e, de alguma forma, o "aterramento" normal for desconectado, você poderá se tornar o aterramento padrão, chocante, para dizer o mínimo. No entanto, se o casco da sua ferramenta elétrica, o quadro da sua lâmpada ou todo o metal do seu fogão elétrico também estiver aterrado separadamente, você estará seguro. Em circunstâncias normais, o aterramento nunca seria desconectado, mas, de vez em quando, seria uma boa idéia ter o terceiro fio conectado corretamente ao aterramento. Além disso, na fiação defeituosa, é possível que algum idiota conecte os dois fios ao contrário, muitos aparelhos funcionariam de qualquer maneira, mas a caixa poderia estar AO VIVO! Mas se o revestimento for aterrado separadamente, ele imediatamente queimará um fusível.