چرا یک قطع کننده استاندارد نمی تواند در برابر خطاهاي زميني مقاومت کند

در مداری با بروکر استاندارد، شکستن نیوترال ایجاد خطر شوک الکتریکی می‌کند زیرا بروکر نظارت یا محافظت بر روی سیم نیوترال را انجام نمی‌دهد. مکانیزم داخلی یک بروکر استاندارد طراحی نشده است تا جریان‌های خطای زمینی را در حین عملیات تشخیص دهد. بروکرهای مداری استاندارد برای محافظت در برابر بارگذاری اضافی و کوتاه شدن مدار طراحی شده‌اند، نه خطاهاي زمینی.

بروکرهای استاندارد جریان در سیم فعال را نظارت می‌کنند و در صورتی که جریان بیش از ظرفیت بروکر شود (معمولاً به دلیل بارگذاری اضافی یا کوتاه شدن مدار) قطع می‌شوند. اما با وجود شکستن نیوترال، جریان خطا ممکن است از طریق سیم زمین به منبع برگردانده شود. این اتفاق به دلیل اتصال بارهای نیوترال و زمین در پنل اصلی رخ می‌دهد.

بنابراین، جریانی کمتر از ظرفیت بروکر می‌تواند از طریق مسیر غیرمنتظره‌ای در مدار جریان یابد. چون هیچ جریان بیش از حدی از طریق سیم فعال عبور نمی‌کند، بروکر خطا را تشخیص نمی‌دهد و باز می‌ماند. به عنوان نتیجه، بخش‌هایی از مدار باقی می‌مانند و خطر شوک پنهانی ایجاد می‌شود که بروکر آن را حل نمی‌کند.

پرتکرارترین خطاها در یک مدار الکتریکی عبارتند از:
بارگذاری اضافی و کوتاه شدن مدار

بروکرهای استاندارد به جریان بیش از حد ناشی از بارگذاری اضافی یا کوتاه شدن مستقیم مدار (خطاهای با جریان بالا که جریان از طریق سیم فعال به نیوترال یا سیم فعال به سیم فعال دیگر می‌گذرد) واکنش نشان می‌دهند. این شرایط باعث ایجاد افزایش جریان می‌شود که بروکر آن را تشخیص می‌دهد و برای جلوگیری از آسیب قطع می‌شود.

خطاهای زمینی

خطای زمینی زمانی رخ می‌دهد که جریان از سیم فعال به سطح زمین شده و سیم نیوترال را دور می‌زند (به عنوان مثال، به دلیل شکستن نیوترال یا تماس سیم فعال با بدنه فلزی دستگاه یا سطح مرطوب). خطاهای زمینی ممکن است جریان‌های بالا که برای قطع بروکر استاندارد لازم است را ایجاد نکنند، به ویژه اگر فقط مقدار کمی جریان به زمین لکه می‌زند. این لکه می‌تواند خطر شوک شدیدی را بدون رسیدن به آستانه قطع بروکر ایجاد کند.

بروکر استاندارد چگونه به کوتاه شدن مدار یا خطای زمینی واکنش نشان می‌دهد؟

بیایید بررسی کنیم که چگونه یک بروکر استاندارد به کوتاه شدن مدار یا خطای زمینی در مدار واکنش نشان می‌دهد، مانند آنچه در زیر نشان داده شده است.

به عنوان مثال: در یک پنل اصلی ۱۲۰V/۲۴۰V، یک مدار روشنایی توسط یک بروکر استاندارد ۱۵ آمپری در تغذیه ۱۲۰V کنترل و محافظت می‌شود و اتصال نیوترال از دست رفته است.

همانطور که در شکل نشان داده شده است، اگر بار نیوترال در پنل اصلی در دسترس نباشد، جریان بازگشتی تلاش می‌کند تا به بار نیوترال برگردد. چون بار نیوترال به بار زمین متصل است، تنها مسیر بازگشت جریان به منبع (معمولاً ترانسفورماتور) از طریق سیم زمین است. این یک مدار را تشکیل می‌دهد که می‌تواند حدود ۲.۴ آمپر جریان خطا را جریان دهد. چراغ ممکن است هنوز نور ضعیفی بتاباند.

این ۲.۴ آمپر جریان خطا به خوبی زیر ظرفیت ۱۵ آمپری بروکر است، بنابراین آن را قطع نمی‌کند. به عنوان نتیجه، مدار خطر شوک را ایجاد می‌کند، زیرا تمام قطعات فلزی - از جمله جعبه‌های دستگاه، مجرای فلزی و بدنه‌های فلزی دستگاه‌های متصل - با حدود ۷۲V AC بار می‌شوند.

حالا، فرض کنید که نیوترال از دست رفته و سیم فعال با بدنه فلزی دستگاه تماس می‌گیرد و "خطای دوگانه" ایجاد می‌شود. در این صورت، چراغ به دلیل عدم وجود مقاومت بار خاموش می‌شود. همانطور که در شکل نشان داده شده است، جریان خطا حدود ۴ آمپر از طریق سیم زمین به منبع بازمی‌گردد.

دوباره، تمام قطعات فلزی در مدار با ۱۲۰V AC بار می‌شوند. این ۴ آمپر جریان خطا همچنان زیر آستانه ۱۵ آمپری بروکر است، بنابراین بروکر قطع نمی‌شود. اگر یک اپراتور به جعبه دستگاه، مجرای فلزی یا بدنه فلزی دستگاه تماس بگیرد، خطر شوک الکتریکی شدیدی را تجربه خواهد کرد.

برای کاهش این خطرات، استفاده از بروکر GFCI (Ground Fault Circuit Interrupter) به جای بروکر استاندارد توصیه می‌شود. بروکرهای GFCI برای تشخیص خطاهای زمینی و قطع در شرایط خطرناک - از جمله آن‌هایی که توسط شکستن نیوترال ایجاد می‌شوند - طراحی شده‌اند تا عملکرد ایمن‌تری را تضمین کنند.