چرا یک برش کننده استاندارد نمی‌تواند در برابر خطا در زمین دفاع کند

در مداری با شکن استاندارد، خرابی سیم نیوترال موجب خطر الکتریسیته خوردن می‌شود زیرا شکن وضعیت یا محافظت از سیم نیوترال را کنترل نمی‌کند. مکانیزم داخلی یک شکن استاندارد طراحی نشده تا جریان‌های خطای زمینی را در حین عملیات تشخیص دهد. شکن‌های مداری استاندارد برای محافظت در برابر بار زیاد و کوتاه شدن طراحی شده‌اند، نه خطاهای زمینی.

شکن‌های استاندارد جریان در سیم گرم را کنترل می‌کنند و در صورتی که جریان از ظرفیت شکن فراتر رود—معمولاً به دلیل بار زیاد یا کوتاه شدن—قطع می‌شوند. با این حال، با وجود یک سیم نیوترال خراب، جریان خطا ممکن است از طریق سیم زمین به منبع برگردانده شود. این اتفاق می‌افتد زیرا ترمینال‌های زمین و نیوترال در پانل اصلی متصل هستند.

بنابراین، جریانی کمتر از ظرفیت شکن می‌تواند از طریق مسیر غیرمنتظره‌ای در مدار حرکت کند. چون هیچ جریان بیش از حدی از طریق سیم گرم عبور نمی‌کند، شکن هیچ خطا را تشخیص نمی‌دهد و باز می‌ماند. در نتیجه، بخش‌هایی از مدار انرژی‌دار می‌مانند و خطر پنهانی از الکتریسیته خوردن ایجاد می‌شود که شکن آن را حل نمی‌کند.

اشتباهات رایج در مدار الکتریکی به شرح زیر هستند:
بار زیاد و کوتاه شدن

شکن‌های استاندارد به جریان بیش از حد ناشی از بار زیاد یا کوتاه شدن مستقیم (خطاهای جریان بالا که جریان مستقیماً از گرم به نیوترال یا گرم به گرم حرکت می‌کند) واکنش نشان می‌دهند. این شرایط باعث افزایش جریان می‌شوند که شکن آن را تشخیص می‌دهد و قطع می‌کند تا از خسارت جلوگیری شود.

خطاهای زمینی

خطای زمینی زمانی رخ می‌دهد که جریان از سیم گرم به سطح زمین‌گذاری شده لیک می‌کند و سیم نیوترال را دور می‌زند (مثلاً به دلیل سیم نیوترال خراب یا تماس سیم زنده با بدنه یک دستگاه فلزی یا سطح مرطوب). خطاهای زمینی ممکن است جریان بالایی که برای قطع شکن استاندارد لازم است ایجاد نکنند، به ویژه اگر تنها مقدار کمی جریان به زمین لیک شود. این لیک می‌تواند بدون رسیدن به آستانه قطع شکن خطرات شدید الکتریسیته خوردن ایجاد کند.

شکن استاندارد چگونه به کوتاه شدن یا خطا زمینی واکنش نشان می‌دهد؟

بیایید بررسی کنیم که یک شکن استاندارد چگونه به کوتاه شدن یا خطاهای زمینی در مدار واکنش نشان می‌دهد، همان‌طور که در زیر نشان داده شده است.

به عنوان مثال در نظر بگیرید: در یک پانل اصلی 120V/240V، یک مدار روشنایی توسط یک شکن استاندارد 15 آمپر در تأمین 120V کنترل و محافظت می‌شود و اتصال نیوترال از دست رفته است.

همان‌طور که در شکل نشان داده شده است، اگر تیره نیوترال در پانل اصلی در دسترس نباشد، جریان بازگشتی سعی می‌کند به تیره نیوترال برگردد. چون تیره نیوترال به تیره زمین متصل است، تنها مسیر برگشت جریان به منبع (معمولاً ترانسفورماتور) از طریق سیم زمین است. این یک مدار ایجاد می‌کند که می‌تواند حدود 2.4 آمپر جریان خطا را منتقل کند. چراغ ممکن است هنوز نوری کم رنگ بتاباند.

این 2.4 آمپر جریان خطا به خوبی زیر ظرفیت 15 آمپر شکن قرار دارد، بنابراین قطع نمی‌شود. در نتیجه، مدار خطر الکتریسیته خوردن ایجاد می‌کند، زیرا تمامی قطعات فلزی—از جمله بدنه تجهیزات، مسیرهای فلزی و بدنه‌های فلزی دستگاه‌های متصل—با حدود 72V AC انرژی‌دار می‌شوند.

حالا، یک سناریوی دیگر را در نظر بگیرید که نیوترال از دست رفته و سیم گرم با بدنه فلزی دستگاه تماس می‌گیرد و یک "خطای دوگانه" ایجاد می‌کند. در این حالت، چراغ به دلیل فقدان مقاومت بار خاموش است. همان‌طور که در شکل نشان داده شده است، یک جریان خطا حدود 4 آمپر از طریق هادی زمین به منبع بازمی‌گردد.

دوباره، تمامی قطعات فلزی در مدار با 120V AC انرژی‌دار می‌شوند. این 4 آمپر جریان خطا همچنان زیر آستانه 15 آمپر شکن قرار دارد، بنابراین شکن قطع نمی‌شود. اگر اپراتور بدنه تجهیزات، مسیر فلزی یا بدنه فلزی دستگاه را لمس کند، خطر الکتریسیته خوردن شدیدی را می‌پذیرد.

برای کاهش این خطرات، استفاده از شکن GFCI (شکن قطع‌کننده جریان زمینی) به جای شکن استاندارد توصیه می‌شود. شکن‌های GFCI طراحی شده‌اند تا خطاهای زمینی را تشخیص دهند و در شرایط خطرناک—از جمله آن‌هایی که توسط یک سیم نیوترال خراب ایجاد می‌شوند—قطع شوند و عملکرد ایمن‌تری ارائه دهند.