Земля и сетка

Электрическая сеть передает электроэнергию по проводам в наши дома, и наш Брайан Кокфилд очень хорошо описал это в своей серии «Разоблачение тайны электрических сетей», но какую роль играет заземление? Общеизвестно, что его используют в целях безопасности, но знаете ли вы, что в некоторых случаях его также используют для передачи энергии?

Здесь показана довольно типичная схема системы заземления дома, а также несколько токоведущих проводников, обычно называемых живыми и нейтральными. В крайнем левом углу находится трансформатор снаружи дома, а в крайнем правом — подключенный к сети прибор. Между ними находится панель выключателя и настенная розетка в стиле Северной Америки. Зеленая пунктирная линия показывает нормальный путь прохождения тока.

Обратите внимание на заземляющие электроды для электрического соединения с землей. Если использовать в качестве примера Национальный электротехнический кодекс США (NEC), в статье 250.52 перечислены восемь типов заземляющих электродов. Одним из очень хороших типов является электрод, заключенный в бетон, поскольку бетон продолжает вытягивать влагу из земли и обеспечивает хороший физический контакт благодаря своему весу. Другой вариант — заземляющий стержень или труба длиной не менее восьми футов, вставленная достаточно глубоко в землю. Под достаточной глубиной мы подразумеваем такие факторы, как тот факт, что линия промерзания не считается хорошим заземлением, поскольку она имеет высокое сопротивление. Следует быть осторожным при использовании металлических водопроводных труб, которые кажутся уходящими в землю, поскольку их секции часто заменяются неметаллическими трубами во время регулярного технического обслуживания.

Также обратите внимание на схему, что есть места, где различные металлические корпуса подключаются к системе заземления. Это называется склеиванием.

Итак, как нам поможет все это заземление системы? Начнем с обработки неисправности.

Одной из целей системы заземления является срабатывание автоматического выключателя на панели выключателя в случае короткого замыкания где-либо. Это происходит, если имеется прибор с металлическим корпусом и изоляция провода под напряжением в приборе повреждена, в результате чего медный провод внутри касается металлического корпуса. Дело становится продолжением этого провода под напряжением. Это называется ошибкой.

Но металлический корпус подключен к электрическому пути, состоящему из заземляющего провода шнура питания, вставленного в розетку, а также провода от розетки к панели выключателя. В Национальном электротехническом кодексе США (NEC) они называются проводниками заземления оборудования.

По крайней мере, в Северной Америке, в коробке, где электроэнергия впервые поступает в дом, заземляющие проводники оборудования подключаются к нейтральному проводу. В данном случае эта коробка является главной панелью выключателя. В большинстве панелей выключателя это соединение осуществляется путем подсоединения обоих проводов к металлическим стержням, которые привинчиваются или прикрепляются к корпусу панели, тем самым обеспечивая электрическое соединение через корпус.

Следуя красной пунктирной линии от места повреждения, большой ток теперь проходит через провод под напряжением, через корпус устройства и использует заземляющие провода оборудования в качестве обратного пути к панели выключателя. Отсюда ток проходит через корпус панели к нейтральной шине и нейтральному проводу обратно к трансформатору. По пути провод под напряжением проходит через автоматический выключатель на панели выключателя, и ток достаточно велик, чтобы отключить его, размыкая цепь и снова делая ее безопасной.

Но причем здесь земля? Часто это не так. Однако иногда, как показано синей пунктирной линией, небольшой ток течет по параллельному пути, включая заземляющие электроды и заземление.

Есть цель заземления, с которой многие здесь, на Hackaday, хорошо знакомы: это паразитный заряд и проблемы с электростатическим разрядом на чувствительных к электростатическому заряду устройствах и компонентах, таких как MOSFET, CMOS IC и TTL-чипы. Чтобы справиться с этим, нужно надеть антистатический ремень или работать на антистатическом коврике. Обычно они имеют зажим или специальную розетку для подключения к заземлению.