AC: Pourquoi faire la différence entre le sol et le neutre?

Le courant passe à travers un conducteur reliant des points à différents potentiels.

Laissant de côté les détails multiphasés, les systèmes AC courants / conventionnels utilisent une configuration à 3 fils:

• Wire-1: un fil ligne / direct / chaud / phase présentant un point qui oscille entre 2 potentiels.

• Fil-2: un fil neutre présentant un point de potentiel inconnu / non spécifié et variable, qui présente néanmoins une différence de potentiel fixe / spécifié au fil-1 au moins une partie du temps.

• Fil-3: un fil de terre / terre présentant un point à 0 V de différence de potentiel avec son environnement physique immédiat.

Les fils 1 et 2, en plus de certains appareils devant être alimentés, sont utilisés pour construire un circuit électrique fermé. Wire-3, en laissant de côté les problèmes d'EMI / blindage, est utilisé pour garantir que le courant le traversera, plutôt que l'utilisateur de l'appareil, en cas de défaillance et que l'utilisateur de l'appareil entre en contact avec Wire-1 ou Wire-2.

En plus de cela cependant, les fils 2 et 3 sont connectés à un moment donné. Ceci est fait pour s'assurer que le potentiel de Wire-2 reste proche de celui de Wire-3 .. ce qui semble être important pour une raison quelconque.

Maintenant, la partie que je ne comprends pas, c'est pourquoi il doit y avoir une distinction entre le fil 2 et le fil 3 sur la prise de courant, s'il n'y en a pas quelques mètres plus loin sur la ligne.

J'ai essayé de chercher cela, mais toutes les réponses que j'ai pu trouver jusqu'à présent semblent incomplètes. Les réponses dépendent de la façon dont la question est formulée:

• Si la question est formulée comme «Pourquoi avons-nous besoin de Wire-3 en plus de Wire-2», la réponse est parce que «Wire-2 peut présenter une différence potentielle substantielle par rapport à son environnement / utilisateur et donc le mettre en danger s'il / elle / elle vient jamais en contact avec elle ou Wire-1 ".

• Si la question est formulée comme "Pourquoi avons-nous besoin du fil-2 en plus du fil-3", la réponse est parce que "le fil-2 est nécessaire pour former un circuit électrique fermé" ou formulé quelque peu différemment "le fil-2 est nécessaire pour créer une différence de potentiel par rapport à Wire-1 et donc à un courant qui circule ". .

Cela ne répond pas vraiment à la raison pour laquelle il est nécessaire de faire la différence entre Wire-2 / Wire-3, compte tenu de la façon dont

• Le Wire-3 reste le Wire-3 et maintient une différence de potentiel de 0 V par rapport à son environnement / utilisateur, indépendamment de tout ce qui se passe autour de lui. utile en premier lieu .. non?

et

• Wire-2 est connecté à Wire-3

Qu'est-ce que j'oublie ici?

• Pourquoi est-il sécuritaire de toucher le Wire-3 mais pas le Wire-2, ou pourquoi le Wire-3 peut-il fournir un niveau de protection que Wire-2 ne peut pas?

• Pourquoi faire la différence entre le Wire-2 et le Wire-3 à la prise de courant, puis les connecter plus loin sur la ligne?

Si les fils étaient fiables à 100% et avaient une résistance nulle, il n'y aurait pas de différence entre le neutre (conducteur mis à la terre) et la terre de sécurité (conducteur mis à la terre). Aucune de ces conditions ne s'applique cependant.

Même si les conducteurs mis à la terre et mis à la terre sont connectés au panneau du disjoncteur, un appareil à courant électrique à une certaine distance du boîtier peut provoquer une chute de tension importante dans le conducteur mis à la terre. La connexion de toutes les parties exposées de l'appareil à la terre à l'aide d'un conducteur de mise à la terre séparé évitera que la tension à son extrémité du fil neutre n'apparaisse sur ses parties exposées.

De plus, l'utilisation de conducteurs séparés garantit qu'une variété de défaillances uniques peut se produire sans créer une situation immédiatement dangereuse (bien qu'une deuxième défaillance qui se produit sans que le premier ait été corrigé puisse être immédiatement dangereuse).

1. Si des parties exposées d'un appareil sont connectées au conducteur de mise à la terre de sécurité et qu'un fil chaud à l'intérieur de l'appareil touche accidentellement ces pièces, des courants de court-circuit doivent déclencher le disjoncteur.

2. Si le fil chaud tombe en panne entre le panneau du disjoncteur et l'appareil, l'appareil ne serait pas alimenté, mais il n'y aurait aucune tension dangereuse à proximité de l'appareil.

3. Si le fil neutre mis à la terre tombe en panne, le fil neutre dans l'appareil peut être séparé de seulement quelques ohms du potentiel chaud direct, mais aucun courant ne le traverserait et aucun chemin n'existerait depuis celui-ci vers quoi que ce soit que l'opérateur puisse toucher. Les parties exposées seraient toujours connectées en toute sécurité au conducteur de mise à la terre de sécurité.

4. En cas de défaillance du fil de mise à la terre de sécurité, l'appareil ne serait plus protégé contre la possibilité qu'un fil chaud touche le boîtier, mais aucun danger immédiat ne serait créé.

Si le cas n'était lié à rien, l'échec # 1 créerait une situation potentiellement mortelle immédiate; s'il était connecté au neutre, l'échec # 3 créerait une situation potentiellement mortelle immédiate. Cependant, avec les deux fils présents, une seule défaillance ne créera pas de danger immédiat.

TL; DR:

Le fil de terre est une fonction de sécurité pour vous protéger en cas de problème.

Vous avez un fil neutre comme fil conducteur de courant pour fournir de l'énergie.

Vous avez le fil de terre comme point de mise à la terre sûr pour les équipements avec des boîtiers conducteurs (métalliques) et comme chemin de court-circuit sûr pour le courant lorsque les choses tournent mal.

Maintenant, un peu d'histoire. Aux États-Unis, l'électricité est fournie à la maison à une tension plus élevée et est réduite pour fournir 230 VCA avec un robinet central.

Le neutre est connecté au robinet central.

Des deux extrémités de la sortie du transformateur, vous avez 230 VCA.

De chaque extrémité au robinet central, vous avez 115VAC.

Il y a donc 2 circuits qui fournissent 115VAC. Ces 2 circuits alimentent chacun la moitié des lumières et la moitié des prises de courant de la maison.

Le neutre flotte ainsi, et à une tension inconnue au-dessus de la tension du sol (littéral) sous vos pieds. Toucher le neutre serait très dangereux. Toucher l'un des fils sous tension est également très dangereux.

Pour empêcher le neutre de flotter, il est connecté à la terre de la maison - il y a un grand conducteur métallique dans le sol sous la maison qui fournit une véritable connexion à la terre réelle.

Il y a deux points de danger lorsqu'il s'agit d'un système d'alimentation.

Le premier est le danger de se connecter entre deux lignes de transport de tension - cela fera évidemment circuler du courant dans votre corps.

L'autre danger si vous vous connectez entre une ligne de transport de tension et le sol - littéralement, le sol sous vos pieds. Si le système d'alimentation n'est pas mis à la terre, il y aura toujours une différence de tension mesurée par rapport à la terre.

Le premier danger peut être contourné en ne touchant jamais plus d'un fil à la fois - généralement assez facile à faire.

La seconde est beaucoup plus difficile. Si vous touchez un fil d'un système d'alimentation non mis à la terre, il y aura une différence de tension entre lui et la terre et le courant traversera votre corps = aïe / mort.

Pour réduire ce deuxième danger, les systèmes d'alimentation sont mis à la terre.

Aux États-Unis, vous mettez à la terre le fil neutre. Il est maintenant (presque) au potentiel du sol. Maintenant, il y a un fil qu'il devrait être sûr de toucher (accidentellement). C'est la raison pour connecter le neutre à la terre.

Les deux fils sous tension sont maintenant à 115 VCA, tels que mesurés à la terre, mais il n'y a qu'un seul fil sous tension dans chaque prise, donc le câblage est un peu plus sûr - il n'y a qu'un seul fil dans la boîte de sortie qui peut vous tuer.

MAIS nous n'avons pas encore fini. S'il y a un grand courant traversant le neutre, alors (grâce à la loi d'Ohm) il y aura une différence de tension entre celui-ci et la terre, donc le neutre n'est plus vraiment au potentiel de la terre.

Étant donné que les deux circuits 115VAC dans une maison américaine ne peuvent jamais être équilibrés, il y a presque toujours un courant traversant la ligne neutre donc il n'est pas vraiment au potentiel de la terre.

Maintenant, imaginez que vous utilisez un appareil avec un boîtier métallique mis à la terre. Si vous utilisez le neutre comme terre de sécurité, le boîtier n'est pas vraiment au potentiel de la terre, donc vous obtenez un picotement de bas niveau (espérons-le uniquement) si vous touchez le boîtier - pas bon, peut toujours faire mal.

S'il y a un court-circuit entre le fil sous tension et le boîtier métallique, la tension sur le boîtier augmentera == Ouch, Ouch, Ouch. Si le fil neutre se casse dans le cordon d'alimentation ou a une mauvaise connexion dans la prise, le boîtier métallique est maintenant à la tension de ligne = utilisateur mort.

Maintenant, imaginez le même appareil avec un fil de terre de sécurité. La masse de sécurité est connectée au boîtier métallique. Puisqu'il n'y a jamais de courant traversant la terre de sécurité (sauf quand il vous protège d'un court-circuit), le boîtier de l'appareil est vraiment au niveau du sol = parfaitement sûr, pas de picotement.

S'il y a maintenant un court-circuit entre le fil sous tension et le boîtier, la tension sur le boîtier n'augmentera que légèrement (résistance du fil de terre) avant que le disjoncteur ne se déconnecte. La tension peut devenir suffisamment élevée pour picoter, mais pas assez pour tuer = l'utilisateur peut continuer à vivre.

Sur la base des différents prémisses, c'est probablement une question sur les exigences du NEC (National Electrical Code) américain, je pense.

Pourquoi faire la différence entre le Wire-2 et le Wire-3 à la prise de courant, puis les connecter plus loin sur la ligne?

Parce que si vous les connectez plus en amont du panneau principal, vous avez un chemin de courant de retour normal à travers le fil de mise à la terre, ce qui crée une situation dangereuse pour quiconque le touche ou quoi que ce soit connecté, ce qui est beaucoup de boîtiers métalliques. Comme détaillé dans un livre décent sur le sujet .

Le neutre est un conducteur mis à la terre en raison de la connexion au service, mais n'est pas un conducteur de mise à la terre car il n'est pas utilisé pour connecter autre chose à la terre. Il est uniquement utilisé pour transporter le courant de charge normal des lumières, des prises ou d'autres appareils connectés de la phase au neutre. Le conducteur mis à la terre reste isolé de la terre partout sauf pour la liaison au service. Si plus d'une connexion à la terre est établie, les courants neutres de charge se répartiront entre le conducteur mis à la terre et les EGC (conducteurs de mise à la terre de l'équipement). Cela peut entraîner un flux de courant continu sur les systèmes de conduits ou les structures métalliques et les tuyaux, ce qui peut provoquer une corrosion électrolytique et des interférences avec les équipements électroniques sensibles en raison des champs magnétiques rayonnés.

En fait, la configuration américaine n'est pas à toute épreuve car un pôle de porc (transformateur) est partagé par plusieurs maisons (dans les burbs) et un neutre ouvert dans une maison crée le chemin de retour de courant suivant à travers la mise à la terre d'une maison voisine, quelque chose qui est pas terriblement facile à déboguer (image du même livre):

Quant à l'autre question:

Pourquoi est-il sécuritaire de toucher le Wire-3 mais pas le Wire-2, ou pourquoi le Wire-3 peut-il fournir un niveau de protection que Wire-2 ne peut pas?

Eh bien, c'est plus sûr la plupart du temps. C'est sûrement tout aussi dangereux lors d'une faute. Le même livre dit (p. 104):

Ne présumez jamais qu'un conducteur d'électrode de mise à la terre est mort.

Enfin, cette configuration mandatée par NEC est appelée un système de mise à la terre TN-CS en jargon CEI. En Europe (y compris au Royaume-Uni), en particulier dans les zones urbaines, le système TN-S, dans lequel la terre est divisée du neutre jusqu'à la sous - station, est courant .

Comme vous l'avez déjà lu ailleurs, Neutral est nécessaire pour transporter le courant de retour de Hot, mais il est lié à Ground à exactement un moment pour le rendre plus sûr au toucher par accident. Il oscille seulement de quelques volts au lieu de cent ou deux. C'est pourquoi vous changez toujours le côté chaud d'une charge même si cela rend le circuit de contrôle plus difficile.

Étant donné que le neutre oscille de quelques volts et pourrait chauffer et tomber dans des cas extrêmes, rendant ainsi l'ensemble du gâchis chaud, la mise à la terre est nécessaire pour fournir un vrai 0 V par rapport à la saleté. Cela signifie qu'il ne peut pas transporter de courant car cela ne le mettrait plus à la terre du côté de l'appareil, tout comme le neutre. Cependant, même s'il ne transporte pas de courant de fonctionnement, il est nécessaire de transporter un courant de défaut afin de déclencher le fusible / disjoncteur si l'utilisateur serait autrement exposé à chaud.

Vous soulevez un bon point et je pense qu'il est raisonnable de considérer que le fil 3 (terre) pourrait être complètement supprimé. Après tout, ce n'est pas comme un écran arrêtant les émissions émanant - c'est juste un fil et généralement de plus petite section que le direct ou le neutre.

Mais alors comment un disjoncteur différentiel fonctionnerait-il pour protéger un utilisateur? Il (un ELCB) est assis là à la recherche d'un courant de terre qui redescend le fil de terre - ce courant lui indique que quelque chose d'inhabituel se produit à la charge (TV, machine à laver, ventilateur de plafond, etc.). Si un courant circule, une certaine isolation se décompose et les parties potentiellement exposées d'un appareil (connectées au fil de terre) peuvent être en danger de se connecter au fil sous tension en raison d'une dégradation ou d'une mauvaise utilisation. Si cela se produit, seul le fil 3 peut nous le dire.

Les installations modernes (dans l'UE) utilisent des disjoncteurs différentiels pour faire la même chose, mais ne se fient pas à la mesure d'un courant de terre - ils impliquent cela en mesurant le courant de «différence» entre le direct et le neutre. Cela se fait en alimentant L et N à travers un noyau toroïdal et en ayant un enroulement secondaire à plusieurs tours qui peut déclencher la réinitialisation si la "différence" dépasse (disons) 30mA.

Pensez maintenant au mauvais électricien qui connecte la maison de quelqu'un - si le neutre n'était pas impossible à distinguer d'un simple voltmètre, alors son travail est beaucoup plus difficile.

Juste quelques réflexions.

S'il n'y a pas de courant traversant le fil-3, il n'y aura pas de potentiel à travers (loi d'Ohm). De cette façon, tout boîtier connecté au Wire-3 est également au potentiel de masse, ce qui signifie qu'il est sûr de le toucher car il n'y a pas de potentiel entre le boîtier et la masse.

Le fil 2 transporte du courant et s'il est connecté au boîtier, il pourrait conduire à un potentiel du boîtier à la terre, ce qui pourrait être nocif. Il est également possible que si le Wire-2 se casse et que l'appareil soit mal branché (Wire-2 et Wire-1 interchangés, c'est possible), le boîtier a soudainement un potentiel de phase complet à la terre.

Si vous deviez connecter le Wire-2 à différents points à la terre, vous rendriez également impossible la détection fiable des courants résiduels - et ceux-ci peuvent déjà vous tuer.

Plus loin sur la ligne, seul un personnel formé sera en contact avec les lignes et la sécurité supplémentaire pourrait ne plus être nécessaire. Et vous économisez beaucoup d'argent en n'ayant pas de quatrième fil jusqu'au générateur. (Il existe des systèmes qui fonctionnent comme ça)

C'est du moins ce que j'ai compris - ou du moins je l'espère.

La compréhension que j'ai maintenue et que je souhaite renforcer est que le «terrain» est plus clairement appelé «terrain de sécurité». Il a été ajouté en tant que système de mise à la terre secondaire pour la sécurité au cas où, disons, le fil "chaud" irait au boîtier (métallique) de l'appareil. Il n'y avait pas toujours de circuits monophasés à 3 fils. Le fil "neutre" ou "retour" est le conducteur de retour vers la génératrice. J'essaie toujours de garder cela comme référence. (Je suis peut-être loin d'ici, mais j'ai l'impression que le conducteur de retour n'est pas réellement nécessaire; retour par la terre. Veuillez aviser.) Aucun service régulier ne doit être appliqué au circuit de masse (vert) bien que je soupçonne que cela soit pratique le fil commence à être utilisé comme retour des circuits de commande électrique (minuteries etc ...). L'électricien et le propriétaire ne voudront pas non plus faire passer un fil séparé pour cela et tricheront en permettant un petit, petit courant. Les interrupteurs muraux traditionnels éclairés sont obtenus en chatouillant un petit courant à travers le circuit de l'ampoule à incandescence dont aucune lumière n'est remarquée. Les ampoules fluocompactes clignotent (à mesure que la charge augmente). Une terre séparée permettrait à l'interrupteur mural éclairé de fonctionner s'il était construit avec un fil supplémentaire. Alors, autorisons-nous ou non cette utilisation du circuit de masse? Je dis non parce que c'était censé ne pas être en direct. La méthode du filet était une astuce délicate mais n'était pas un circuit ouvert. Un peu tangente, mais c'est l'aspect pratique de la situation. Les interrupteurs muraux traditionnels éclairés sont obtenus en chatouillant un petit courant à travers le circuit de l'ampoule à incandescence dont aucune lumière n'est remarquée. Les ampoules fluocompactes clignotent (à mesure que la charge augmente). Une terre séparée permettrait à l'interrupteur mural éclairé de fonctionner s'il était construit avec un fil supplémentaire. Alors, autorisons-nous ou non cette utilisation du circuit de masse? Je dis non parce que c'était censé ne pas être en direct. La méthode du filet était une astuce délicate mais n'était pas un circuit ouvert. Un peu tangente, mais c'est l'aspect pratique de la situation. Les interrupteurs muraux traditionnels éclairés sont obtenus en chatouillant un petit courant à travers le circuit de l'ampoule à incandescence dont aucune lumière n'est remarquée. Les ampoules fluocompactes clignotent (à mesure que la charge augmente). Une terre séparée permettrait à l'interrupteur mural éclairé de fonctionner s'il était construit avec un fil supplémentaire. Alors, autorisons-nous ou non cette utilisation du circuit de masse? Je dis non parce que c'était censé ne pas être en direct. La méthode du filet était une astuce délicate mais n'était pas un circuit ouvert. Un peu tangente, mais c'est l'aspect pratique de la situation. autorisons-nous ou non cette utilisation du circuit de masse? Je dis non parce que c'était censé ne pas être en direct. La méthode du filet était une astuce délicate mais n'était pas un circuit ouvert. Un peu tangente, mais c'est l'aspect pratique de la situation. autorisons-nous ou non cette utilisation du circuit de masse? Je dis non parce que c'était censé ne pas être en direct. La méthode du filet était une astuce délicate mais n'était pas un circuit ouvert. Un peu tangente, mais c'est l'aspect pratique de la situation.

Le neutre (fil-2) n'est pas mis à la terre. Il ne mesure que la masse à la sortie si vous n'utilisez pas de courant.

Dès que vous tirez du courant, la tension à la connexion neutre à la sortie ne sera pas nulle.

Utilisons un exemple:

La prise est à 50 pieds du disjoncteur, vous dessinez 12 ampères, (un sèche-cheveux,) du fil 14G. Cette site, dit que la résistance est de 0,13 Ohms.

12A, * 0,13 Ohm = 1,56 V au niveau de la lame dans la sortie. Pas beaucoup, mais pas zéro.

En outre, il existe des disjoncteurs et des fiches GFI plus récents qui détectent s'il y a du courant dans le fil de terre et se déclenchent si c'est le cas.

Selon le pays, le Wire-2 n'est pas toujours neutre et connecté au Wire-3. Le Wire-1/2 peut également être en deux phases (toutes deux sous tension). Un autre aspect est que le Wire-3 est toujours mis à la terre, protégeant le boîtier métallique contre la présence d'énergie en cas de panne.

Voici la raison exacte en anglais simple. Si vous utilisez un outil ou un appareil et que la "masse" normale est déconnectée, VOUS pourriez alors devenir la terre par défaut, choquant, pour dire le moins. Cependant, si la coque de votre outil électrique, le cadre de votre lampe ou tout le métal de votre cuisinière électrique est également mis à la terre séparément, vous êtes en sécurité. Dans des circonstances normales, la terre ne se déconnecterait jamais, mais de temps en temps, cela pourrait être le cas, donc c'est une bonne idée d'avoir le troisième fil correctement connecté à la terre. De plus, dans un câblage défectueux, il est possible pour un idiot de connecter les deux fils à l'envers, de nombreux appareils fonctionneraient de toute façon, mais le boîtier pourrait alors être EN DIRECT! Mais si le boîtier est mis à la terre séparément, il fera immédiatement sauter un fusible.