Warum trennen wir nicht immer die Netzversorgung?

Mir ist etwas aufgefallen: Zum Schutz der Menschen ist der Neutralleiter der Versorgung auf der Lieferantenseite mit der Erde verbunden, so dass eine Leckage durch die Erde erkannt wird, wenn beispielsweise jemand die Phase berührt (Fehlerstromschutzgeräte tun dies). Es schützt jedoch nicht Menschen, die gleichzeitig die neutrale + Phase berühren würden.

Aber warten Sie eine Minute, wenn der Neutralleiter nicht mit der Erde verbunden wäre (was im Grunde genommen der Fall ist, wenn wir die Netzversorgung trennen), gäbe es keinen Weg durch die Erde, also keine Möglichkeit einer Leckage. Warum wird die Lieferung dann so gemacht, was vermisse ich?

Abbildung zur Veranschaulichung - Die gestrichelte Linie trennt die Lieferantenseite und die Benutzerseite.

Das von uns verwendete elektrische System wurde vor fast 100 Jahren entwickelt und nur sehr wenig modernisiert. Erdung und Verbindung waren erforderlich, um Sicherungen im Falle eines Kurzschlusses mit einem Gehäuse oder einer Erdung durchzubrennen. Die Erdung war damals eine vernünftige Option und ist heute nicht akzeptabel.

Die Änderung, um es sicherer zu machen, wird nicht stattfinden, da das Missverständnis, dass Erdung gut ist, von wesentlicher Bedeutung ist. Es ist zu tief verwurzelt. Elektriker sind entsetzt über jede Veränderung, und jahrelang wurde ihnen beigebracht, dass Erdung Leben rettet.

Erdung und Verklebung sind tatsächlich die Hauptursache für Stromschläge.

Es sind jedoch nicht alle Stromkreise geerdet. Das industrielle 3-Phasen-Delta in Nordamerika ist nicht geerdet und möglicherweise sicherer.

Was wir jetzt hätten haben sollen, ist:

Stromkreis durch einen Transformator isoliert, über einen hohen Widerstand geerdet und auf Undichtigkeiten überwacht. Dieses System existiert bereits, aber die Hauptaufgabe besteht nicht darin, Menschen zu schützen, sondern den Lichtbogen zwischen Phase und Boden zu beseitigen.

Beispielsweise ist derzeit die Oberfläche eines Elektroherds mit einem Verbindungsleiter verbunden, der in der Platte mit einem Neutralleiter verbunden ist, der mit einem Transformator verbunden ist. Die Oberfläche des Ofens ist mit einem Bein eines Transformators verbunden. Der Neutralleiter ist am Transformator und an einem Gebäude geerdet, aber diese Erdung ist nicht sehr gut. Typischerweise mindestens 5 bis 10 Ohm. Die feste Verbindung besteht zum Transformator.

Aus diesem Grund kann das Berühren des Ofens und der Phase tödlich sein.

So wird es jetzt in den USA und Kanada gemacht Hier ist eine bessere Lösung. Ein Erdschlussleistungsschalter würde verwendet. Eine Person, die eine Masse und ein stromführendes Kabel berührt, wird von einem begrenzten Strom durchflossen, und der Leistungsschalter unterbricht die Stromversorgung. Dieses System schützt nicht vor Stromschlag von Leitung zu Leitung. Die Widerstandsmessung arbeitet nach dem Prinzip eines Spannungsabfalls, der Widerstand begrenzt auch den Fehlerstrom auf ein sicheres Niveau. Der Erdschluss arbeitet nach einem Magnetismusprinzip und vergleicht den Strom in den ankommenden Drähten. Wenn ein Strom höher ist, wird er abgeschaltet.

Die überwiegende Mehrheit der Menschen kommt nur über ein Gerät, ein Werkzeug oder ein anderes Gerät mit Elektrizität in Kontakt. Wenn Sie den Neutralleiter an Masse und Erde aller Geräte anschließen, wird wahrscheinlich ein Leistungsschalter ausgelöst, wenn der Erdungswiderstand niedrig genug ist. Wenn Sie den Neutralleiter isolieren würden, würden Sie es nicht wissen, es sei denn, Sie berühren den Neutralleiter oder der Neutralleiter kommt versehentlich mit der Erde in Kontakt. In diesem Fall erhalten Sie den Stoß, nicht den Leistungsschalter. Die erste Option ist immer noch die sicherere.

Dies ist auch der Grund, warum in vielen Ländern der Erdungswiderstand unter einem bestimmten Wert liegen muss, bevor Sie eine Zertifizierung erhalten.

Die einzige Ausnahme bilden doppelt isolierte Geräte und Werkzeuge, die so gebaut sind, dass das Gehäuse niemals unter Spannung stehen kann. Diese Geräte dürfen in keiner Weise geerdet werden, da dies wiederum die Gefahr eines Stromschlags erhöhen würde, wenn das Erdungskabel durch ein anderes Gerät unter Spannung geraten würde, das versehentlich auslaufen würde.

Wenn Sie das Erdungsnetz nicht an den Neutralleiter anschließen, kann die Netzspannung der Wand "schweben". Das heißt, obwohl die heiße und die neutrale Leitung immer 120 VAC zueinander betragen, hindert nichts sie daran, über das Erdpotential zu steigen. Die Strichmännchen auf der rechten Seite wird einen bösen Schock bekommen, wenn die Leitung weit über dem Erdboden schwebt - was sicherlich möglich ist (mir ist es passiert! Obwohl der Mechanismus anders ist, siehe meine Frage hier: Den Transformator mit Mittenabgriff an die Erde anschließen oder warum werde ich durch einen Stromschlag getötet? ).

edit: die figur berührt den stromdraht! Das habe ich nicht gesehen. Er wird gezappt, selbst wenn Sie sich neutral mit der Erde verbinden. Wenn Sie jedoch keine neutrale Verbindung zur Erde herstellen, können Sie durch Berühren der Erde zappen. Darüber hinaus werden die meisten Dinge, die Sie an die Wand anschließen, über den neutralen Stift "geerdet". Wenn das schwimmt, können Sie einen Stromschlag erleiden, indem Sie einfach Ihren Toaster berühren!

Sie haben Recht, dass die Isolation verhindern würde, dass ein Schock einen stromführenden Draht direkt berührt, aber andere Probleme mit sich bringt. Dies wird auch in Anwendungen verwendet, in denen zusätzliche Ausfallsicherheit bei Kurzschlüssen gegen Erde erforderlich ist (bei einem einzelnen Fehler muss nicht sofort abgeschaltet werden), wobei jedoch darauf geachtet wird, dass die folgenden Probleme korrekt behandelt werden. Fälle, in denen dies getan wird, sind z.

• auf Intensivstationen in Krankenhäusern, wo die meisten Geräte sowieso vollständig isoliert sind.
• in der chemischen Industrie, wo ein Stromausfall sogar gefährlich sein kann (z. B. exotherme Reaktionen)
• Gebiete, die besonderen Schutz vor Explosionen benötigen (z. B. Kohlebergbau)
• auf Schiffen
• manchmal von Feuerwehren, wenn tragbare Generatoren verwendet werden

Es ist auch nicht so einfach, wie Sie es gezeichnet haben, z. B. sind Metallgehäuse noch geerdet, und die Sekundärseite des Transformators ist mit der Erde verbunden, sondern nur im Bereich von einigen kΩ.

Solche Versorgungsnetze sind normalerweise flächenmäßig begrenzt, da es relativ schwierig ist, einen Fehler zu finden. Meistens werden diese auch permanent auf Isolation überwacht (mit einem Isolationsüberwachungsgerät), um einzelne Fehler zu erkennen, bevor sie Probleme verursachen.

Bei der Art und Weise, wie Sie das System gezeichnet haben, können mehrere Probleme auftreten (keine vollständige Liste):

• Sie können keine FI-Schutzschalter verwenden, um zu verhindern, dass Geräte berührt werden, bei denen das stromführende Kabel mit dem Gehäuse kurzgeschlossen ist. Das wäre an sich kein Problem, wird aber zu einem Problem, wenn Sie etwas berühren, das geerdet ist (Wasserleitungen, Heizung, in Ihrem Garten, vielleicht sogar in Ihrem Wohnzimmer - abhängig von Ihrer Isolation zur Erde in diesem Fall) oder z. B. ein anderes Gerät wenn der Neutralleiter an das Gehäuse angeschlossen ist (entweder aufgrund seiner Konstruktion oder auch aus Versehen).
• Sie müssen überwachen, dass Ihr Netz zu keinem Zeitpunkt mit Masse verbunden ist (entweder aufgrund eines Designs (für ein anderes Land hergestellt) oder versehentlich).
• Sie hätten Probleme mit den Abschirmungen von z. B. Netzwerkkabeln. Sie müssen sie irgendwo anschließen, aber Sie können sie nicht mehr mit Masse verbinden. Vielleicht sie mit Neutral verbinden? Dann erhalten Sie einen Kompensationsstrom über die Abschirmung aufgrund des unterschiedlichen Neutralpegels jedes Geräts (aufgrund des Rückstroms und des ohmschen Widerstands des Neutralleiters).

Ihre Ansicht ignoriert auch die kapazitive Kopplung zwischen den Stromleitungen.

Jedes Objekt , das eine Ladung tragen kann , ist in einem gewissen Potential gegenüber Erde. Gewitterwolken können beispielsweise ein Oberflächenpotential von über einer Milliarde Volt erreichen. Die Wahl von Null Volt als mittleres Potential ist wirklich die sicherste Option. Jede andere Spannung wäre höher und somit wäre das Potenzial für einen elektrischen Schlag schlechter.

Für einige verwandte Kleinigkeiten wird heutzutage dreiphasige elektrische Energie vorzugsweise in einem Kabel mit fünf Leitern zu Häusern übertragen: Netzspannungen L1, L2, L3; das Neutrale und die Erde. Aber früher auf dem Land, als Kupfer knapp war, hätte es nur vier gegeben: L1, L2, L3 und einen Neutral mit viel kleinerem Durchmesser, um Material zu sparen. Und Neutral wäre buchstäblich mit einem mindestens einen Meter langen Kupfernagel mit der Erde verbunden worden, der an der Seite Ihres Hauses in den Boden getrieben wurde. Meines Wissens wird dies heute nicht getan. Aber es gibt dem Begriff "Erde" in elektrischen Leitungen einen Sinn und wirft ein Licht auf die Praktikabilität der Verwendung von Erde.

Wenn die neutralen fest mit der Erde verbunden ist, gibt es eine andere Sicherheits - Plus: wenn elektrische Kabel tun Pause, durch die Wirkung eines Baggers oder einen fallenden Baum gibt die Erde einen leitenden Pfad für den Strom, der detektiert werden kann und Störungsrelais bei der Kraftwerk kann die Stromversorgung im Kabel abschalten. Wenn ein Elektrogerät von Ihnen ausfällt, besteht eine gute Chance, dass eine Sicherung in Ihrem Sicherungskasten durchbrennt, wenn die Abschirmung in Ihrem Gerät geerdet ist.

Es ist sehr wünschenswert, Geräte so zu konstruieren, dass kein Teil von ihnen beim Ausschalten oder Durchbrennen der Sicherung Strom in die Erde einspeisen kann, selbst wenn Fehler in anderen Geräten desselben Stromkreises vorliegen. Dies erfordert effektiv, dass alle Stromkabel, die einen signifikanten Strom liefern oder ableiten können, wenn ihr Potential wesentlich von Masse abweicht, immer gleichzeitig geschaltet oder getrennt werden müssen. Es ist viel einfacher und billiger, einen heißen Draht und einen dafür vorgesehenen neutralen Draht nicht zu verschmelzen, als heiße und neutrale Drähte mit einer "zweipoligen Sicherung" zu schützen, die so konstruiert ist, dass ein Überstromzustand an beiden Drähten beide trennen würde . Obwohl es möglich ist, Sicherungen auf diese Weise zu konstruieren, sind solche Konstruktionen viel teurer als unabhängige Sicherungen.

Wenn kein ausgewiesener / erzwungener Neutralleiter vorhanden ist, kann ein Gerät, das einen Kurzschluss zwischen einer seiner Stromleitungen und Masse entwickelt hat, dazu führen, dass sich die kurzgeschlossene Stromleitung als "neutral" und die andere als "heiß" verhält. Wenn ein anderes Gerät im selben Stromkreis nur das gleiche Stromkabel schaltet oder verschmilzt wie das, an dem das erste Gerät einen Kurzschluss entwickelt hat, ist das gesamte zweite Gerät (relativ zur Masse) unter Spannung, selbst wenn es ausgeschaltet ist - ein potenziell gefährliches Gerät Bedingung.

Wenn alle Geräte beide Stromeingangsleitungen geschaltet oder abgesichert hätten, wäre es egal, welche heiß und welche neutral waren. Ein ausgewiesener Neutralleiter ermöglicht es jedoch, dass Geräte nur ein einziges Kabel sicher schalten oder verschmelzen, anstatt gleichzeitig beide Kabel trennen zu müssen. Das ist ein ziemlich großer Gewinn.

Das elektrische System ist, wie Sie sagen, alt. Es ist jedoch nicht inakzeptabel. (Ich bin in Australien, also ist es ein bisschen anders als in den USA, aber im Prinzip nicht so sehr.)

Der Neutralleiter, der mit dem Erdpotential verbunden ist, ist, wie bereits erläutert, so, dass bei einem Kurzschluss an Masse / Chassis / Erde in einem Gerät die Sicherung durchbrennt.

Sicherungen waren in der Tat der einzige Schutz, den wir seit vielen Jahrzehnten hatten. Zusätzlich haben wir jetzt Reststrom- und Erdschlussstromgeräte, die buchstäblich die Differenz des Momentanstroms in den aktiven und neutralen Leitern messen.

Wenn es einen Unterschied gibt, bedeutet dies, dass etwas Strom durch das Gerät zur Erde fließt, wie im Fall eines Kühlschranks, bei dem Feuchtigkeit dazu führt, dass Strom durch Staub und Schmutz zum Rahmen des Kühlschranks geleitet wird. Die andere Möglichkeit ist, dass Strom durch eine Person durch ihre Schuhe zu Boden fließt ... und vielleicht durch ihr Herz!

Deshalb ist diese relativ junge Innovation so wichtig und funktioniert zusätzlich zum normalen Schutz der Stromkreise in Form von Sicherungen und Leistungsschaltern.

In Australien nennen wir RCDs (Residual Current Devices) "Sicherheitsschalter". Sie sind genau das!

Damit ist die Lektion beendet.

Leider scheint keine der Antworten auf dieser Seite eine ziemlich wichtige Sache über Hochspannungstransformatoren zu erwähnen, was sie ziemlich billig / erschwinglich macht: abgestufte Isolierung. Aus einem meiner Lieblingsbücher (bei der Beantwortung von Fragen hier), Grounds for Grounding (von Joffe und Lock), ist hier die relevante Abbildung:

Ohne Erdung des Neutralleiters können Sie keine abgestufte Isolierung verwenden. Ich habe hier nur die Abbildung für den anfänglichen Hochspannungstransformator am Generatorstandort angegeben, aber für alle Umspannwerkstransformatoren im Verteilungsnetz gilt die gleiche abgestufte Isolierung gegenüber dem Verbraucher.

EDIT: Ich denke, ich hätte das nicht hängen lassen sollen. Da Sie die Erdung der Hochspannungsverteilung nicht (billig) loswerden können, haben Sie beim Ankoppeln eines nicht geerdeten Niederspannungsversorgungssystems eine kapazitive Kopplung, wie am Ende von Andreas Wallners Antwort erwähnt. Die Auswirkungen eines Erdschlusses in einem großen, nicht geerdeten System sind schwerwiegender, als ein (undichtes) Experiment mit einem Heimtransformator vermuten lässt . Gemäß IEEE Std 141-1993 können Sie in einem solchen Fall transiente Überspannungen sehen, die das Fünffache der Nennspannung betragen, wenn ein Phänomen auftritt, das als Lichtbogenmasse bezeichnet wird. (Die gleichen Informationen werden in http://www.hv-eng.com/2010IASGrounding.pdf wiederholt. ) Es gibt eine etwas intuitive Erklärung für das Phänomen des Lichtbogenbodens unterhttp://www.electrotechnik.net/2011/05/arcing-grounds.html Ich bin mir über die Zuverlässigkeit dieser letzteren Quelle nicht wirklich sicher, aber es heißt im Grunde, dass sich der Lichtbogen viele Male bildet und aufbricht, weshalb Sie ihn erhalten die Überspannungen (sollen das 3-4-fache des Nennwerts in dieser Quelle betragen). Es gibt Möglichkeiten, dies zu verhindern, aber eine nicht geerdete Niederspannungsverteilung ist nicht so einfach wie ein Trenntransformator in einer Wandwarze der Klasse II.

EDIT2: Die IAS-Präsentation erklärt tatsächlich die Überspannung aufgrund von Lichtbögen wissenschaftlicher in Bezug auf einen Resonanzkreis, der sich bildet. Es ist eigentlich eine sehr gute Präsentation, aber ziemlich lang und meine heutige EE-Zeit war ziemlich begrenzt ... Gegen Mitte (der über 100 Folien) wird über hochohmige Erdung (HRG) gesprochen, was eine Möglichkeit ist, etwas zu bekommen Vorteile ohne Erdung (reduziertes Schockrisiko) ohne große Nachteile, aber leider nur für dreiphasige Lasten; HRG kann nicht mit einphasigen Lasten verwendet werden. Wir werden es also wahrscheinlich nicht in Wohngebieten sehen.