Mengapa netral utama terikat ke bumi?

Ayah saya adalah seorang Electrician dan saya sendiri adalah seorang Insinyur Desain Elektronik, dan sampai hari ini ia masih belum dapat memberi saya alasan yang bagus untuk ini.

Perhatikan dua gambar / situasi berikut - keduanya sama, tetapi dengan netral tidak terikat ke bumi di kedua. Permintaan maaf untuk diagram yang buruk, tetapi bayangkan mereka menempelkan garpu di sumbat / pisau di pemanggang roti / dll. untuk menyentuh aktif.

Pada gambar pertama, orang tersebut terkena sengatan listrik. Kasing klasik. Ini karena ada perbedaan 240VAC antara tangan seseorang, dan bumi di kaki mereka. Hal utama yang perlu diperhatikan di sini adalah bahwa perbedaan 240VAC yang menyebabkan kejutan.

Pada gambar kedua, orang tersebut menyentuh kawat aktif lagi - namun, karena bumi tidak terikat ke netral, tidak ada perbedaan 240VAC dijamin. Tidak ada Seperti menghubungkan hanya 1 ujung baterai ke cahaya, situasi ini tidak memiliki sirkuit tertutup. Dengan demikian, satu-satunya cara untuk menerima kejutan adalah jika seseorang tetap aktif dan netral pada saat yang sama - yang harus Anda coba bunuh diri jika Anda melakukannya (maksud saya adalah, kebanyakan kejutan listrik disebabkan oleh aktif -> potensial bumi, tidak aktif -> netral - dan , mengikat netral ke bumi tidak melakukan apa pun untuk mencegah aktif -> kejutan potensial netral).

Ya, bumi mungkin mengambang dan bisa menjadi "apa saja" potensi dengan referensi ke aktif, dan itu baik untuk mengikatnya ke netral di pembangkit listrik, outlet transformator, dan di luar rumah kami dengan pancang bumi sehingga "kita tahu" apa potensi yang ada. di. Tapi Anda bisa membuat argumen bahwa hal itu bisa naik ke beberapa potensi berbahaya tentang setiap power supply terisolasi. Jadi saya tidak berpikir itu argumen yang kuat dan satu-satunya alasan. Selain itu, trafo / catu daya terisolasi kadang-kadang digunakan untuk tujuan melindungi dari guncangan - jadi mengapa kita tidak mengisolasi seluruh bumi dari jaringan listrik kita? Ha ha.

Jelas, sasis pembumian tidak lagi diperlukan jika netral tidak terikat ke bumi - karena menyentuh selubung logam tidak akan berbahaya jika karena alasan tertentu perangkat menjadi hidup (yaitu sama dengan situasi 2).

TL; DR: apakah satu - satunya alasan kami mengikat bumi ke netral sehingga kami tahu tanah di bawah kami adalah 0V sehubungan dengan aktif? Atau ada alasan lain?

Ada empat alasan untuk membumikan netral.

1. Grounding neutral menyediakan referensi umum untuk semua hal yang terhubung ke sistem daya. Itu membuat koneksi antar perangkat aman (r).

2. Tanpa tanah, listrik statis akan menumpuk sampai titik di mana busur akan terjadi pada switchgear yang menyebabkan hilangnya daya yang ditransmisikan, panas berlebih, kebakaran, dll.

3. Dengan sistem mengambang, dimungkinkan untuk memiliki hubungan pendek antara sistem in-house dan tetangga melalui jalur tanah seperti yang ditunjukkan di bawah ini. Menyalakan lampu di rumah Anda dapat menyebabkan lampu menyala di rumah tetangga Anda juga. Karakteristik ini sangat tidak terduga.

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

4. Akhirnya, dengan memberikan jalur pengembalian ground ke netral, pendek ke sasis yang dibumikan dari suatu alat menyebabkan hasil yang dapat diprediksi dalam hal respons sekering atau pemutus. Ini memberikan banyak perlindungan preemptive kepada pengguna.

Singkatnya

Dalam model sederhana tampaknya tidak mengikat tanah kembali ke netral akan lebih aman. Namun, pada kenyataannya, dalam sistem tenaga terdistribusi tidak ada jaminan ini karena Anda tidak memiliki cara untuk mengetahui apakah ada jalan lain kembali ke transformator melalui rute yang berbeda. Artinya, dalam poin 3 di atas, Anda mungkin berada dalam bahaya tersengat listrik sama seperti jika netral Anda dibumikan.

Pada akhirnya manfaat lain dari mengikat kembali ke netral lebih besar daripada manfaat isolasi yang mungkin, tetapi tidak dapat diandalkan.

CATATAN: Dari poin 4 ada perubahan paradigma dalam cara Anda harus berpikir tentang koneksi ground-netral. Jangan berpikir netral terhubung ke ground, tetapi sebaliknya berpikir ground terhubung ke netral untuk memungkinkan arus dari arus pendek ke ground kembali ke transformator.

Apa yang Anda bicarakan adalah sistem yang terisolasi . Saya memiliki risalah yang panjang di sini . Dalam sistem yang terisolasi, "kesalahan ground pertama adalah gratis" (dan menjadi ikatan ground-netral). Ini adalah ide yang Anda promosikan.

Masalahnya adalah yang kedua. Kecuali jika Anda memiliki staf pemeliharaan yang aktif melakukan pengujian isolasi dan mengejar serta menghilangkan kesalahan tanah pertama , itu akan gagal secara diam-diam, tidak terdeteksi, dan menunggu . Jadi, Anda kembali ke keadaan yang sama , hanya sekarang, Anda tidak tahu apakah panas atau netral akan mematikan bagi Anda hari ini.

Ada juga kesalahan bahwa Anda telah menemukan satu kasus penggunaan di mana ide Anda lebih baik, tetapi Anda gagal untuk mempertimbangkan semua kasus penggunaan lainnya. NFPA melakukan, dan menganggap semuanya seimbang, dan mengembangkan praktik terbaik yang akan menyelamatkan sebagian besar nyawa dan rumah. Itulah pekerjaan mereka, menjadi Asosiasi Pencegahan Kebakaran Nasional.

Juga sistem yang terisolasi tidak berfungsi kecuali jika Anda memiliki trafo Anda sendiri, karena seluruh sistem harus dalam pemeliharaan umum sehingga Anda dapat memastikannya tetap terisolasi. Saya memiliki kemewahan memiliki transformator sendiri. Saya telah menjalankannya sebagai "sistem terisolasi" secara tidak sengaja (ikatan netral-tanah yang rusak). "Kesalahan pertama" memang gagal secara diam-diam dan membuat saya tidak sadar. Saya menemukan ini setelah menghilangkan energi sirkuit dan menarik kabel dari stopkontak. Saya mem-flash panas ke bumi hanya untuk memastikan sirkuit mati, dan ini menyalakan kembali sirkuit! Apa??? Ternyata pada sirkuit yang tidak terkait, panas telah rusak ke tanah. Tanah 120V dari netral di mana - mana dalam sistembahkan di sirkuit yang dimatikan! Itu sangat buruk, dan hanya jenis omong kosong yang terjadi pada sistem terisolasi yang tidak dikelola dengan kompeten. Gagal diam adalah BURUK.

Saya akan mengatakan ini: itu adalah tes validasi yang baik untuk pekerjaan sebelumnya, yang merupakan rewiring lengkap dari situs yang memiliki puluhan cacat serius.

Pada jaringan IT , di mana kedua saluran pada soket hidup, GFCI tidak akan bekerja pada satu kesalahan .
Yang memiliki manfaat dalam beberapa sistem kontinuitas tinggi (misalnya: ruang operasi), kesalahan tunggal tidak mematikan semuanya.
Tetapi Anda harus secara aktif memonitor untuk satu kesalahan menggunakan pemantauan isolasi .

Sebaliknya, kami ground netral sehingga bahkan pada satu kesalahan mekanisme perlindungan bekerja. Kami menyebutnya jaringan TT .

Ini tidak ada hubungannya dengan keamanan sentuhan. SELV (keselamatan voltase ekstra rendah 42V) untuk area basah dan keamanan sentuhan.

Seperti yang ditunjukkan oleh Neil, gambaran besarnya adalah bahwa Anda adalah bagian dari jaringan listrik besar, dan jika tidak terhubung ke suatu tempat, seluruh benda itu akan melayang tinggi - mungkin hingga $ volt kilat.

Pertanyaan kedua Anda "Bukankah lebih aman hanya mengapungkannya", menjadi pertanyaan yang sangat menarik ketika Anda memiliki sistem tenaga surya lokal yang tidak terhubung. Listrik regs (di sini) mengharuskan Anda untuk tanah N, tapi sungguh, itu hanya membuatnya tidak aman.

Ini adalah topik yang kami (memasang tenaga surya) telah berdebat panjang lebar tanpa kesimpulan yang baik.

Di lab TV, kami meresepkan penggunaan transformator isolasi untuk memisahkan perangkat kami dari pengujian dengan listrik. Ini membuat TV aman untuk disentuh, dengan SATU tangan. Itu juga membuat TV aman untuk diuji, yaitu untuk menghubungkan ground osiloskop Anda ke sirkuit. Tetapi ketika Anda menghubungkan ruang lingkup yang di-ground ke sirkuit mengambang, itu menjadi terharu lagi, dan pada prinsipnya tidak aman untuk disentuh!

Untuk sampai ke titik, kami memiliki undang-undang yang melarang untuk menghubungkan kabel daya ke transformator isolasi. Gunakan satu transformator per perangkat. Kalau tidak, menjadi terlalu mudah untuk menyentuh dua perangkat dan mencari tahu cara yang sulit bahwa satu "panas" relatif terhadap yang lain. Anda tidak dapat secara galvanis memisahkan seluruh bangunan dan mengharapkan sirkuit tetap mengambang dan aman.

Selain pembumian yang tidak disengaja melalui beberapa perangkat, ada juga kebocoran arus ke pentanahan, melalui kapasitor. Komputer Anda memiliki catu daya yang terpisah secara galvanis, sehingga aman untuk disentuh. Tetapi ada C antara tanah primer dan sekunder untuk hubungan pendek EMI dari SMPS. Jika ground tidak terhubung dan Anda menyentuh case maka arus 50-60 Hz melalui C itu (dan C dari transformator) memberi Anda kesemutan. Hubungkan 10 perangkat tersebut dengan 10 Cs bersama-sama tanpa secara eksplisit menghubungkan salah satu dari mereka dan tingle itu menjadi kejutan. Itu sebabnya Anda harus menggunakan outlet dengan ground untuk perangkat elektronik modern. [sunting: skema tambahan dari utas lain Henry Crun]

Alasan utama adalah untuk meniup sekering pelindung, untuk memastikan bahwa arus gangguan cukup untuk tujuan itu. Namun itu juga membantu membatasi kunjungan tegangan dalam distribusi 3 fase.

Live to chassis ground adalah kesalahan umum. Tanpa netral terikat ke bumi, tidak ada arus signifikan yang akan mengalir untuk meniup sekering dan memutuskan hidup.

Pertimbangkan trafo distribusi lokal 3 fase, fase 240v ke N, 415v antara fase. Jika kesalahan langsung ke tanah membumikan fase merah, maka N akan menjadi 240v ke tanah, dan fase biru dan kuning akan menjadi 415v ke tanah, menempatkan lebih banyak tekanan pada isolasi di semua properti lain mengambil pasokan fase tunggal dari transformator yang sama. .

Satu kata jawaban: Prediktabilitas.

Terkadang, lebih baik bagi jaringan untuk dapat diprediksi daripada "kadang-kadang" atau "biasanya" lebih aman / lebih murah / lebih baik dengan cara lain. Prediktabilitas memungkinkan keselamatan / efisiensi / efektivitas global , karena ia menyederhanakan penggunaan jaringan dan desain hal-hal yang dicolokkan ke dalamnya. Anda memecahkan masalah satu kali, bukan pada setiap implementasi.

Di sini, di Australia kami memiliki apa yang disebut sistem MEN. Multi Earth Neutral, IEC menggambarkan sistem MEN sebagai sistem TN-CS (Terra Neutral Combined Seperate) yang merupakan cara mewah untuk mengatakan; netral dan konduktor bumi secara fungsional dan fisik adalah konduktor yang sama antara titik bintang dari trafo distribusi dan titik pasokan, yang akan berada di properti konsumen.

Pada titik suplai konduktor gabungan terpisah menjadi dua konduktor fisik, netral dan pentanahan. Terminal pembumian utama kemudian dihubungkan ke massa bumi yang lebih besar melalui konduktor pembumian utama dan pasak bumi. Proses ini diulangi di setiap properti dan dengan demikian membentuk bagian dari sistem yang kita sebut sistem PME (Protective Multiple Earth).

Alasan sistem PME lurus ke depan, semakin jauh Anda dapatkan dari transformator semakin besar potensi naik pada konduktor netral sehubungan dengan bumi. Sistem PME memungkinkan kenaikan tegangan untuk disambung ke bumi di setiap properti dan dengan demikian menjaga tegangan netral tetap rendah. Dengan menjaga tegangan netral sedekat mungkin dengan ground, memungkinkan menggunakan voltase referensi yang baik dan sarana untuk mengurangi perbedaan tegangan yang muncul antara bagian konduktif yang terpapar peralatan dan bagian konduktif yang asing melalui ikatan ekuipotensial.

Memiliki konduktor pembumian memungkinkan pemutusan pasokan secara otomatis jika terjadi gangguan hubung singkat ke arde oleh arus gangguan, jalur impedansi rendah yang cukup memadai untuk mengoperasikan perangkat pelindung sirkuit.

Kesalahan saat ini selalu ingin menemukan jalan kembali ke asal (transformator).

Jadi, untuk menjawab pertanyaanmu; pembumian sebenarnya adalah bagian yang sangat kompleks dari setiap sistem distribusi dan membentuk bagian integral dari perangkat perlindungan dengan memungkinkan mereka berfungsi sebagaimana dirancang untuknya. Konduktor pembumian tidak mendapatkan kredit yang cukup untuk apa yang dilakukannya !!!

Tiang listrik di luar rumah saya ini menunjukkan keuntungan memiliki kabel netral yang di-ground. Kawat hidup terletak dengan sendirinya di lokasi tertinggi dan teraman, sementara kawat netral berada lebih jauh di kutub.

Maksud dari alat pembumian adalah bahwa jika (secara realistis ketika) ada bagian pendek yang dapat Anda sentuh, sirkuit dibuat, arus mengalir dengan cepat untuk periode waktu yang sangat singkat, dan kemudian perlindungan arus berlebih pada perjalanan cabang memberi peringatan. seorang penonton bahwa ada masalah. Netral terikat dengan tanah sehingga potensi bahaya singkat dapat dirasakan dan dilindungi. Saya pikir contoh yang lebih baik dari pentingnya adalah pemanggang roti yang korslet hantaran listrik untuk chassis itu. Jika terhubung ke ground, pemutus sirkuit akan muncul setiap kali Anda memasang pemanggang dan Anda memperbaikinya atau mendapatkan yang baru. Jika pemanggang tidak dibumikan, potensial listrik ada di sasis pemanggang menunggu Anda untuk menyelesaikan sirkuit ke bumi (seperti menyentuh pemanggang dengan satu tangan dan tenggelam dengan yang lain). Situasi kedua membuat Anda dalam bahaya yang signifikan. Jika outlet tidak dilindungi dengan GFCI, Anda mungkin melihat beberapa amp mengalir melalui Anda selama beberapa ms sebelum pemecah magnetik tradisional trip. Ini lebih dari cukup untuk melakukan kerusakan serius dan / atau membunuh tergantung pada jalannya. Jika netral tidak terikat ke tanah maka tidak ada kepastian bahwa short akan menyebabkan perlindungan over-saat ini.