چه کاربردی دارد که در یک مدار برق سیم‌های جداگانه زمین، فاز و نیوترال وجود داشته باشند

در دایره کاری جدا کردن سیم زمین، فاز و نیوترال

سیم فاز

انتقال انرژی الکتریکی: سیم فاز خط اصلی مسئول انتقال انرژی الکتریکی در دایره کاری است. این سیم جریان متناوب را که توسط منبع تغذیه (مانند شبکه 220V) ارائه می‌شود به تجهیزات مختلف الکتریکی منتقل می‌کند تا انرژی مورد نیاز برای کار تجهیزات الکتریکی را فراهم کند. به عنوان مثال، وقتی یک چراغ روشن می‌کنید، جریان از سیم فاز وارد چراغ می‌شود، از طریق فیلمن چراغ عبور می‌کند و سپس از طریق سیم نیوترال به منبع تغذیه بازمی‌گردد، بنابراین چراغ روشن می‌شود.

فراهم کردن پتانسیل بالا: سیم فاز دارای اختلاف پتانسیل بالایی نسبت به سیم نیوترال و سیم زمین است. در دایره‌های کاری AC، ولتاژ سیم فاز به صورت موج سینوسی تغییر می‌کند و قله آن معمولاً 2 برابر ریشه 220V (حدود 311V) است. این اختلاف پتانسیل بالا منبعی است که جریان را در دایره کاری حرکت می‌دهد تا تجهیزات الکتریکی به درستی کار کنند. به عنوان مثال، در یک موتور الکتریکی، جریانی که توسط اختلاف پتانسیل بین سیم فاز و نیوترال ایجاد می‌شود باعث ایجاد میدان مغناطیسی در سیم‌پیچ‌های موتور می‌شود که باعث چرخش روتور موتور می‌گردد.

سیم نیوترال

• تشکیل حلقه: نقش اصلی سیم نیوترال تشکیل یک دایره کاری با سیم فاز است، به طوری که جریان بتواند بین منبع تغذیه و تجهیزات الکتریکی دوران کند. در شرایط عادی، پتانسیل سیم نیوترال به پتانسیل ژئودتیک نزدیک است و پتانسیل سیم زمین نیز بسیار نزدیک است. به عنوان مثال، در برق خانگی، جریان از سیم فاز وارد تجهیزات الکتریکی می‌شود، پس از عملکرد تجهیزات، از طریق سیم نیوترال به منبع تغذیه بازمی‌گردد و یک چرخه دایره کاری کامل را تکمیل می‌کند.

• تعادل ولتاژ: سیم نیوترال همچنین نقش تعادل ولتاژ در دایره کاری سه فاز را ایفا می‌کند. در سیستم تغذیه سه فاز چهار سیم، اختلاف فاز ولتاژ بین سه سیم فاز 120 درجه است و با متصل کردن سیم نیوترال، ولتاژ در دایره کاری سه فاز می‌تواند تعادل یابد. اگر سیم نیوترال قطع شود یا تماس آن ضعیف باشد، ممکن است به عدم تعادل ولتاژ سه فاز منجر شود و تجهیزات الکتریکی نتوانند به درستی کار کنند و حتی آسیب ببینند. به عنوان مثال، در برخی کارخانه‌ها یا مکان‌های تجاری، اگر بار سه فاز نامتوازن باشد، جریان سیم نیوترال افزایش می‌یابد و باید اطمینان حاصل کرد که سیم نیوترال به خوبی متصل شده تا عملکرد پایدار سیستم برق تضمین شود.

سیم زمین

• حفاظت ایمنی: هدف اصلی سیم زمین ارائه حفاظت ایمنی است. هنگامی که تجهیزات الکتریکی دارای خرابی‌هایی مانند نشت یا خوردگی باشند، سیم زمین می‌تواند جریان نشت را به سرعت به زمین معرفی کند تا از شوک برقی انسان جلوگیری کند. به عنوان مثال، وقتی پوشش ماشین لباسشویی بار الکتریکی داشته باشد، اگر ماشین لباسشویی به سیم زمین متصل باشد، جریان نشت از طریق سیم زمین به زمین می‌رود و نه از طریق بدن انسان، بنابراین ایمنی کاربر محافظت می‌شود.

• حذف برق ساکن: سیم‌های زمین می‌توانند برق ساکن تولید شده توسط تجهیزات الکتریکی را نیز حذف کنند. در برخی محیط‌های خشک، تجهیزات الکتریکی به برق ساکن آسیب‌پذیر هستند، اگر به موقع حذف نشوند، برق ساکن ممکن است به پتانسیل بالاتری تجمع یابد و به بدن انسان یا تجهیزات آسیب برساند. با متصل کردن کابل زمین، برق ساکن به سرعت به زمین رها می‌شود و ایمنی دستگاه و محیط را تضمین می‌کند. به عنوان مثال، در یک اتاق کامپیوتر، برای جلوگیری از آسیب برق ساکن به تجهیزات الکترونیکی، معمولاً میله‌های مسی زمین را می‌گذارند تا تمام تجهیزات الکترونیکی به سیم زمین متصل شوند و برق ساکن حذف شود.

یک سیم تنها نمی‌تواند تمام این اهداف را برآورده کند

خصوصیات الکتریکی متفاوت: خصوصیات الکتریکی سیم فاز، نیوترال و زمین در دایره کاری متفاوت است. سیم فاز دارای اختلاف پتانسیل بالا است و مسئول انتقال انرژی الکتریکی است؛ سیم نیوترال برای تشکیل حلقه و تعادل ولتاژ استفاده می‌شود؛ سیم‌های زمین برای حفاظت و حذف برق ساکن استفاده می‌شوند. اگر یک سیم برای انجام این وظایف به طور همزمان استفاده شود، این باعث ناپایداری عملکرد الکتریکی دایره کاری می‌شود و خطر خرابی تجهیزات الکتریکی افزایش می‌یابد. به عنوان مثال، اگر سیم زمین و فاز یا نیوترال ترکیب شوند، هنگامی که تجهیزات الکتریکی نشت داشته باشند، جریان نشت ممکن است به زمین وارد نشود و این باعث افزایش خطر شوک برقی انسان می‌شود.

استانداردهای ایمنی اجازه نمی‌دهند: برای تضمین ایمنی برق، کشورها استانداردهای ایمنی برق مشخصی وضع کرده‌اند که به وضوح مشخص می‌کنند که سیم فاز، نیوترال و زمین باید جداگانه نصب شوند. این استانداردها بر اساس تجربیات طولانی مدت و تحقیقات علمی برای حفاظت از جان و مال مردم وضع شده‌اند. اگر این استانداردها نقض شوند و یک سیم به جای سه سیم استفاده شود، ممکن است منجر به حوادث برقی جدی و حتی خطرات جانی شود. به عنوان مثال، در ساخت و ساز نصب برق، اگر کارگران برای صرفه‌جویی در هزینه‌ها سیم زمین و نیوترال را ترکیب کنند، در صورت وقوع حادثه نشت، دستگاه حفاظت از نشت ممکن است به درستی کار نکند و این باعث خطرات ایمنی زیادی برای کاربر می‌شود.