Warum ist der Neutralleiter der Hauptleitung mit der Erde verbunden?

Mein Vater ist Elektriker, und ich selbst bin Ingenieur für Elektronikdesign. Bis heute konnte er mir keinen guten Grund dafür nennen.

Betrachten Sie die beiden folgenden Bilder / Situationen - beide den gleichen Fall, aber mit Neutralleiter, der im zweiten nicht mit der Erde verbunden ist. Entschuldigung für die schlechten Diagramme, aber stellen Sie sich vor, sie stecken eine Gabel in einen Stopfen / Messer in einen Toaster / etc. um aktiv zu berühren.

Im ersten Bild bekommt die Person einen elektrischen Schlag. Klassischer Fall. Dies liegt daran, dass zwischen der Hand der Person und der Erde zu ihren Füßen ein Unterschied von 240 VAC besteht. Das Wichtigste dabei ist, dass der 240-VAC- Unterschied den Schock verursacht hat.

Auf dem zweiten Bild berührt die Person erneut das aktive Kabel. Da die Erdung jedoch nicht mit dem Neutralleiter verbunden ist, gibt es keine garantierte Differenz von 240 V Wechselstrom. Keiner. Wie das Anschließen von nur einem Ende einer Batterie an eine Leuchte hat diese Situation keinen geschlossenen Stromkreis. Der einzige Weg, um einen Schock zu bekommen, ist, wenn eine Person gleichzeitig aktiv und neutral gehalten wird - was Sie versuchen müssten, sich selbst zu töten, wenn Sie dies irgendwie taten (dh meines Erachtens werden die meisten Stromschläge durch Aktiv verursacht -> Erdpotential, nicht aktiv -> Neutral - und das Verbinden von Neutral mit Erde verhindert nichts aktives -> Erschütterungen mit neutralem Potential).

Ja, die Erde könnte schweben und ein "beliebiges" Potential in Bezug auf Aktiv sein, und es ist schön, sie an Kraftwerken, Transformatorsteckdosen und außerhalb unseres Hauses mit einem Erdspieß an den Neutralleiter zu binden, damit "wir wissen", welches Potential darin steckt beim. Aber Sie könnten das Argument vorbringen, dass es bei einer isolierten Stromversorgung zu einem gefährlichen Potenzial kommen könnte . Ich glaube nicht, dass dies ein solides Argument und der einzige Grund ist. Darüber hinaus werden isolierte Transformatoren / Netzteile manchmal nur zum Schutz vor Stößen verwendet. Warum isolieren wir nicht einfach die gesamte Erde von unserem Stromnetz? Haha.

Ein Erdungsgehäuse wäre natürlich auch dann nicht mehr erforderlich, wenn der Neutralleiter nicht geerdet wäre - denn das Berühren des Metallgehäuses wäre nicht gefährlich, wenn das Gerät aus irgendeinem Grund unter Spannung stehen würde (dh wie in Situation 2).

TL; DR: Ist der einzige Grund, warum wir die Erde an den Neutralleiter binden, damit wir wissen, dass der Boden unter uns in Bezug auf Aktiv 0 V beträgt? Oder gibt es einen anderen Grund?

Es gibt vier Gründe, den Neutralleiter zu erden.

1. Der Erdungsnullpunkt bietet eine gemeinsame Referenz für alle am Stromnetz angeschlossenen Geräte. Das macht Verbindungen zwischen Geräten sicher (r).

2. Ohne Erdung wird sich statische Elektrizität bis zu dem Punkt aufbauen, an dem in der Schaltanlage Lichtbögen auftreten, die einen erheblichen Verlust an übertragener Leistung, Überhitzung, Bränden usw. verursachen.

3. Bei einem schwimmenden System ist es möglich, über den Erdungspfad einen Kurzschluss zwischen internen und benachbarten Systemen herzustellen, wie unten gezeigt. Das Einschalten eines Lichts in Ihrem Haus kann dazu führen, dass auch in Ihrem Nachbarhaus ein Licht aufleuchtet. Diese Eigenschaft ist sehr unvorhersehbar.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

4. Wenn Sie der Erdung einen Rückweg nach Neutral geben, führt ein Kurzschluss zum geerdeten Gehäuse eines Geräts zu einem vorhersehbaren Ergebnis in Bezug auf das Ansprechen einer Sicherung oder eines Leistungsschalters. Dies bietet dem Benutzer einen hohen präventiven Schutz.

In Summe

In einem einfachen Modell scheint es sicherer zu sein, den Boden nicht an den neutralen Punkt zu binden. In der Realität gibt es in einem verteilten Stromnetz jedoch keine Garantie dafür, da Sie nicht wissen können, ob es auf einem anderen Weg einen anderen Weg zurück zum Transformator gibt. Das heißt, in Punkt 3 oben besteht die Gefahr eines Stromschlags genauso wie bei einem geerdeten Neutralleiter.

Am Ende überwiegen die anderen Vorteile der Rückbindung an die Neutralität die möglichen, aber unzuverlässigen Isolationsvorteile.

HINWEIS: Ab Punkt 4 gibt es einen Paradigmenwechsel in der Art, wie Sie über die Neutral-Masse-Verbindung nachdenken müssen. Denken Sie nicht an einen mit Masse verbundenen Nullleiter, sondern daran, dass Masse mit dem Nullleiter verbunden ist, damit der Strom von einem Kurzschluss zu Masse zum Transformator zurückkehren kann.

Sie sprechen von einem isolierten System . Ich habe eine längere Abhandlung über sie hier . In einem isolierten System ist "der erste Erdschluss frei" (und wird zum Neutralleiter). Dies ist die Idee, die Sie fördern.

Das Problem ist das zweite. Sofern Sie nicht über Wartungspersonal verfügen, das aktiv Isolationstests durchführt und diesen ersten Erdschluss aufspürt und beseitigt , wird der Fehler unbemerkt und es wird gewartet . Sie sind also wieder in der gleichen Situation , nur dass Sie heute keine Ahnung haben, ob heiß oder neutral für Sie tödlich sein wird.

Es gibt auch den Irrtum, dass Sie einen Anwendungsfall entdeckt haben, in dem Ihre Idee besser ist, aber Sie nicht alle anderen Anwendungsfälle berücksichtigen. Die NFPA tut dies und betrachtet sie alle als ausgewogen und entwickelt Best Practices, die die meisten Leben und Häuser retten. Das ist buchstäblich ihre Aufgabe, die National Fire Prevention Association zu sein.

Auch ein isoliertes System funktioniert nur, wenn Sie über einen eigenen Transformator verfügen, da das gesamte System gewartet werden muss, damit sichergestellt ist, dass es isoliert bleibt. Ich habe den Luxus, einen eigenen Transformator zu haben. Ich habe es versehentlich als "isoliertes System" betrieben (fehlerhafte Masseverbindung). Der "erste Grundfehler" ist in der Tat lautlos gescheitert und hat mich überrascht. Ich entdeckte dies, nachdem ich einen Stromkreis abgeschaltet und die Drähte von einer Steckdose abgezogen hatte. Ich blitzte heiß auf die Erde, nur um sicherzugehen, dass der Stromkreis ausgeschaltet war, und dies ließ den Stromkreis wieder aufleuchten ! Was??? Es stellt sich heraus, dass ein nicht verwandter Stromkreis, heiß, gegen Masse defekt war. Die Erdung war überall im System 120 V von Nullauch auf schaltungen die ausgeschaltet waren! Das ist super schlecht und genau der Unsinn, der auf isolierten Systemen passiert, die nicht kompetent gewartet werden. Stillschweigen ist SCHLECHT.

Ich werde sagen: es ist ein guter Validierungstest für die bisherige Arbeit ist, die eine komplette Neuverkabelung eines Standorts war das hatte Dutzende von schweren Mängeln.

In einem IT-Netzwerk , in dem beide Leitungen an der Steckdose aktiv sind, würde der FI-Schutzschalter bei einem einzelnen Fehler nicht funktionieren .
Dies hat Vorteile in einigen Systemen mit hoher Kontinuität (z. B. Operationssäle). Ein einzelner Fehler schaltet nicht alles aus.
Sie müssen jedoch mithilfe der Isolationsüberwachung aktiv auf einzelne Fehler überwachen .

Stattdessen erden wir neutral, sodass die Schutzmechanismen auch bei einem einzelnen Fehler funktionieren. Wir nennen dies ein TT-Netzwerk .

Es hat nichts mit Berührungssicherheit zu tun. SELV (Safety Extra Low Voltage 42V) ist für Nassbereiche und Berührungssicherheit.

Wie Neil betont hat, ist das große Ganze, dass Sie Teil eines großen Stromnetzes sind, und wenn es nicht irgendwo geerdet wäre, würde das ganze verdammte Ding hoch schweben - vielleicht auf $ Blitzvolt.

Ihre zweite Frage "Wäre es nicht sicherer, sie einfach zu schweben?" Wird zu einer sehr interessanten Frage, wenn Sie eine örtliche, nicht angeschlossene Solarstromanlage haben. Die elektrischen Vorschriften (hier) verpflichten Sie, N zu erden, aber das macht es wirklich nur unsicherer.

Dies ist ein Thema, über das wir (Installation von Solarenergie) ausführlich diskutiert haben, ohne eine gute Schlussfolgerung zu ziehen.

Im Fernsehlabor haben wir die Verwendung eines Trenntransformators vorgeschrieben, um das zu prüfende Gerät galvanisch vom Stromnetz zu trennen. Dies machte den Fernseher mit EINER Hand berührungssicher. Dadurch konnte der Fernseher auch sicher getestet werden, dh die Masse Ihres Oszilloskops wurde mit dem Stromkreis verbunden. Wenn Sie jedoch ein geerdetes Zielfernrohr an einen potentialfreien Stromkreis anschließen, wird es wieder geerdet und ist im Prinzip nicht mehr berührungssicher!

Um auf den Punkt zu kommen, hatten wir ein Gesetz, dass es verboten ist, eine Steckdosenleiste an einen Trenntransformator anzuschließen. Verwenden Sie einen Transformator pro Gerät. Andernfalls wird es zu einfach, zwei Geräte zu berühren und herauszufinden, auf welche Weise das eine relativ zum anderen "heiß" ist. Sie können ein ganzes Gebäude nicht galvanisch trennen und erwarten, dass der Stromkreis schwebend und sicher bleibt.

Neben der versehentlichen Erdung durch ein Gerät liegt auch ein Leckstrom durch Kondensatoren an der Erde. Ihr Computer verfügt über ein galvanisch getrenntes Netzteil, sodass Sie ihn sicher berühren können. Zwischen der primären Masse und der sekundären liegt jedoch ein C, um die EMI des SMPS kurzzuschließen. Wenn die Erdung nicht angeschlossen ist und Sie das Gehäuse berühren, verursacht der 50-60-Hz-Strom durch dieses C (und das C des Transformators) ein Kribbeln. Schließen Sie 10 solcher Geräte mit 10 Cs aneinander an, ohne sie explizit zu erden, und das Kribbeln wird zu einem Schock. Deshalb sollten Sie für moderne elektronische Geräte eine Steckdose mit Erdung verwenden. [Bearbeiten: Schema aus einem anderen Thread hinzugefügt Henry Crun]

Der Hauptgrund ist das Durchbrennen von Schutzsicherungen, um sicherzustellen, dass der Fehlerstrom für diesen Zweck ausreicht. Es hilft jedoch auch, Spannungsschwankungen in der Dreiphasenverteilung zu begrenzen.

Die Erdung des Gehäuses ist ein häufiger Fehler. Ohne die Erdung des Neutralleiters würde kein nennenswerter Strom fließen, um die Sicherung zu durchbrennen und die Spannung zu unterbrechen.

Betrachten Sie einen dreiphasigen lokalen Verteilungstransformator, 240 V Phase gegen N, 415 V zwischen den Phasen. Wenn ein Erdschluss die rote Phase erdet, wird N zu 240 V gegen Erde und die blauen und gelben Phasen zu 415 V gegen Erde, wodurch die Isolation in allen anderen Eigenschaften stärker belastet wird, wenn ihre einphasige Versorgung über denselben Transformator erfolgt .

Ein Wort Antwort: Berechenbarkeit.

Manchmal ist es für ein Netzwerk besser, vorhersehbar zu sein, als "manchmal" oder "normalerweise" sicherer / billiger / besser zu sein. Die Vorhersagbarkeit ermöglicht globale Sicherheit / Effizienz / Effektivität, da die Verwendung des Netzwerks und das Design der daran angeschlossenen Dinge vereinfacht werden. Sie lösen Probleme einmal und nicht bei jeder Implementierung.

Hier in Australien haben wir ein sogenanntes MEN-System. Multiple Earth Neutral, die IEC beschreibt das MEN-System als TN-CS-System (Terra Neutral Combined Seperate). Der Neutralleiter und der Erdleiter sind funktional und physikalisch der gleiche Leiter zwischen dem Sternpunkt des Verteilertransformators und dem Versorgungspunkt, der sich beim Verbraucher befindet.

An der Versorgungsstelle trennt sich der kombinierte Leiter in zwei physikalische Leiter, den Neutralleiter und die Erde. Der Haupterdungsanschluss wird dann über den Haupterdungsleiter und einen Erdpfahl mit der größeren Masse der Erde verbunden. Dieser Vorgang wiederholt sich an jeder Liegenschaft und ist somit Teil eines Systems, das wir PME-System (Protective Multiple Earth) nennen.

Je weiter der Transformator vom PME-System entfernt ist, desto höher ist das Potenzial des Neutralleiters gegenüber der Erde. Das PME-System lässt den Spannungsanstieg an jeder Eigenschaft zur Erde abfallen und hält so die neutrale Spannung konstant niedrig. Indem die neutrale Spannung so nahe wie möglich am Massepotential gehalten wird, können eine gute Referenzspannung und ein Mittel zum Mildern von Spannungsunterschieden zwischen freiliegenden leitenden Teilen von Geräten und fremden leitenden Teilen durch Potentialausgleich verwendet werden.

Ein Erdungsleiter ermöglicht die automatische Unterbrechung der Stromversorgung im Falle eines Kurzschlusses nach einem Erdschluss durch einen Fehlerstrom auf einem niederohmigen Pfad, der ausreicht, um die Schutzvorrichtung des Stromkreises zu betreiben.

Der Fehlerstrom will immer zum Ursprung (dem Transformator) zurückfinden.

Also, um deine Frage zu beantworten; Die Erdung ist ein sehr komplexer Bestandteil jedes Verteilungssystems und ein integraler Bestandteil der Schutzeinrichtungen, da sie so funktioniert, wie sie vorgesehen sind. Der Erdungsleiter bekommt nicht genug Anerkennung für das, was er tut !!!

Dieser Strommast außerhalb meines Hauses hat den Vorteil, dass der Neutralleiter geerdet ist. Das stromführende Kabel befindet sich alleine an der höchsten und sichersten Stelle, während sich das neutrale Kabel weiter unten am Pol befindet.

Der Punkt bei Erdungsvorrichtungen ist, dass, wenn (realistisch wenn) ein Kurzschluss zu einem Teil vorliegt, den Sie berühren können, ein Strom für einen sehr kurzen Zeitraum schnell fließt und dann der Überstromschutz auf dem Zweig alarmiert ein Betrachter, dass es ein Problem gibt. Der Neutralleiter ist an die Erdung gebunden, damit die potenzielle Gefahr eines Kurzschlusses erkannt und geschützt werden kann. Ich denke, ein besseres Beispiel für die Wichtigkeit ist ein Toaster, der die Hauptleitung zu seinem Chassis kurzschließt. Wenn er geerdet ist, wird der Schutzschalter bei jedem Einstecken des Toasters aktiviert, und Sie können ihn entweder reparieren oder einen neuen erwerben. Wenn der Toaster nicht geerdet ist, befindet sich dort am Gehäuse des Toasters ein Netzpotential, das darauf wartet, dass Sie den Stromkreis zur Erde abschließen (z. B. indem Sie den Toaster mit einer Hand berühren und mit der anderen Hand senken). Die zweite Situation birgt erhebliche Gefahren für Sie. Wenn die Steckdose nicht mit einem FI-Schutzschalter geschützt ist, werden Sie möglicherweise mehrere ms lang von mehreren Ampere durchflossen, bevor ein herkömmlicher Magnetschalter auslöst. Dies ist mehr als genug, um je nach Pfad ernsthaften Schaden zuzufügen und / oder zu töten. Wenn der Neutralleiter nicht geerdet ist, besteht keine Gewissheit, dass ein Kurzschluss den Überstromschutz auslöst.