למה יש צורך בחוטי קרקע חשמליים נפרדים, חוט חי ונייטרלי במעגל חשמלי?

מטרת הפרדת החוטים הארציים חמים ונייטרליים במעגל

חוט חם

העברת אנרגיה חשמלית: החוט החם הוא הקו העיקרי המטפל בהעברת האנרגיה החשמלית במעגל. הוא מעביר את הזרם המתחלף שמספק מקור החשמל (כגון מתח של 220V) לציוד חשמלי שונים כדי להספק את האנרגיה הנדרשת לעבודת הציוד החשמלי. למשל, כשאתה מדליק נורה, הזרם זורם מהחוט החם לנורה, עובר דרך השערה של הנורה ואז חוזר למקור החשמל דרך החוט הנייטרלי, ובכך גורם לנורה להאיר.

הספקת פוטנציאל גבוה: לחוט החם יש פוטנציאל גבוה יחסית לחוט הנייטרלי והארצי. במעגלי חילוף, המתח של החוט החם משתנה בסינוסואידה, ופסגת המתח היא בדרך כלל פי 2 של שורש 220V (כ-311V). הפוטנציאל הגבוה הזה הוא המקור המניע את הזרם לזרום במעגל, כך שהציוד החשמלי יכול לעבוד כראוי. למשל, במנוע חשמלי, הזרם שנוצר עקב ההבדל בין הפוטנציאלים של החוט החם והנייטרלי גורם לקוילים של המנוע ליצור שדה מגנטי, שמפעיל את הרוטור של המנוע לסיבוב.

חוט נייטרלי

• יצירת מעגל סגור: התפקיד העיקרי של החוט הנייטרלי הוא ליצור מעגל עם החוט החם, כך שהזרם יכול לזרום בין מקור החשמל לציוד החשמלי. בתנאים נורמליים, הפוטנציאל של החוט הנייטרלי קרוב לפוטנציאל הגיאודטי, ופוטנציאל החוט הארצי מאוד קרוב. למשל, בחשמל בית, הזרם זורם מהחוט החם לציוד החשמלי, לאחר עבודתו של הציוד החשמלי, ואז חוזר למקור החשמל דרך החוט הנייטרלי, ומכניס מעגל מלא.

• איזון מתח: לחוט הנייטרלי יש תפקיד גם באיזון המתח במעגל תלת-פאזה. במערכת אספקת חשמל תלת-פאזה בארבעה חוטים, ההבדל הפאזי בין שלושת החוטים החמים הוא 120 מעלות, ומתח במעגל התלת-פאזה יכול להיות מאוזן על ידי חיבור החוט הנייטרלי. אם החוט הנייטרלי מתנתק או שיש מגע גרוע, זה עשוי לגרום לאיזון מתח תלת-פאזה לא נכון, כך שהציוד החשמלי אינו יכול לעבוד כראוי, ואפילו לפגוע בציוד החשמלי. למשל, במפעלים או מקומות מסחריים מסוימים, אם העומס התלת-פאזה אינו מאוזן, הזרם בחוט הנייטרלי יגדל, ויש צורך להבטיח שהחוט הנייטרלי מחובר היטב כדי להבטיח את הפעילות התקינה של מערכת החשמל.

חוט ארצי

• הגנה בטיחותית: המטרה העיקרית של החוט הארצי היא לספק הגנה בטיחותית. כאשר לציוד החשמלי יש תקלה כגון דליפה או קצר חשמלי, החוט הארצי יכול להכניס במהירות את זרם הדליפה לאדמה כדי למנוע הלם חשמלי באדם. למשל, כאשר מעטפת מכונת כביסה מטעינה, אם המכונה מחוברת לחוט הארצי, זרם הדליפה יזרום לאדמה דרך החוט הארצי ולא דרך גוף האדם לאדמה, ובכך מגן על הבטיחות של המשתמש.

• הסרת חשמל סטטי: חוטי אדמה יכולים גם להסיר חשמל סטטי שנוצר על ידי ציוד חשמלי. בסביבות יבשות, ציוד חשמלי נוטה לצבור חשמל סטטי, שאם לא מוסר בזמן, החשמל הסטטי עשוי להתצבר למתח גבוה יותר, ולהביא לנזק לגוף האדם או לציוד. על ידי חיבור חוט האדמה, ניתן לשחרר במהירות את החשמל הסטטי לאדמה, ולבטוח בבטיחות של המכשיר והסביבה. למשל, בסלון מחשבים, כדי למנוע נזק חשמל סטטי לציוד אלקטרוני, מוטחים בדרך כלל חוטי נחושת כדי לחבר את כל הציוד האלקטרוני לחוט האדמה להסרת החשמל הסטטי.

חוט אחד לא יכול לספק את כל המטרות הללו

מאפיינים חשמליים שונים: המאפיינים החשמליים של החוט החם, הנייטרלי והארצי במעגל הם שונים. לחוט החם יש פוטנציאל גבוה והוא אחראי להעברת האנרגיה החשמלית; החוט הנייטרלי משמש ליצירת מעגל ולהיזון מתח; חוטי אדמה משמשים להגנה והסרת חשמל סטטי. אם היה משתמשים בחוט אחד כדי להשיג את כל הפונקציות הללו, זה היה גורם לא יציבות בביצועים החשמליים של המעגל, ומייגד את הסיכון לתקלות בציוד החשמלי. למשל, אם החוט הארצי והחוט החם או הנייטרלי היו משולבים, כאשר לציוד החשמלי הייתה דליפה, זרם הדליפה אולי לא היה זורם לאדמה בזמן, ובכך היה מגביר את הסיכון להלם חשמלי באדם.

סטנדרטים של בטיחות אינם מאפשרים: כדי להבטיח בטיחות חשמלית, מדינות רבות פיתחו סטנדרטים חשמליים בטיחותיים קפדניים, שקובע באופן ברור כי על החוט החם, הנייטרלי והארצי להיקשר בנפרד. הסטנדרטים הללו מבוססים על ניסיון מעשי ארוך טווח ומחקר מדעי כדי להגן על חיי האנשים ועל רכושם. אם הסטנדרטים הללו מופרים, בשימוש בחוט אחד במקום שלושה חוטים, ייתכן שתהיה תוצאה של תאונות חשמליות חמורות ואף סכנה לחיים. למשל, בבניית התקנת חשמל, אם עובדי הבניין בצעו כדי לחסוך בעלויות והשתמשו בחוט הארצי והנייטרלי יחד, במקרה של תאונה של דליפה, ייתכן שתנאי ההגנה על הדליפה לא יעבדו כראוי, ובכך יביאו סיכונים גדולים לבטיחות המשתמש.