Af hverju borgar venjulegur skiptari ekki við jarðskiptingum?

Brotinn hálfvægur í rás með venjulegum skiptari gefur af sér stíftunarhafla vegna þess að skiptarinn ekki veltir eða verndar hálfvægina. Innri virkni venjulegs skiptara er ekki hönnuð til að greina jörðuhringastrauma á meðan hann er í gangi. Venjulegar rásarskiptar eru búin til til að vernda gegn yfirbyrjun og stuttum hringum, ekki jörðuhringum.

Venjulegir skiptarar fylgja straumi í hita rás og brotna ef straumin fer yfir mettu skiptarins – oft vegna yfirbyrjunar eða stuttu hrings. En með brotinn hálfvæg má vera að villu-straumur fer til baka til uppruna gengur gegnum jörðuþátt. Þetta gerist vegna þess að jörðu- og hálfvægisstökkarnir eru tengdir í aðalpanelinu.

Þannig getur straum sem er lægri en metta skiptarins farið í rás í óvænta leið. Þar sem engin ofurmikill straum fer í hita rás, greinir ekki skiptarinn villu og er varðveittur lokuður. Þar af leiðandi verða hlutar rásarinnar haldið orkuð, sem skapar falið stíftunarhafla sem skiptarinn ekki takmarkar.

Næstuvalin villur í rafmagnsrás eru eins og eftirfarandi:
Yfirbyrjun og stuttur hringur

Venjulegir skiptarar reyna við ofurmikil straum vegna yfirbyrjunar eða beins stuttu hrings (hástraums villur þegar straum fer beint frá hita rás til hálfvæg eða hita rás til hita rás). Þessar skilyrði skapa straumsvæði sem skiptarinn greinir og brotnar til að forðast skemmun.

Jörðuhringar

Jörðuhringur kemur upp þegar straum lekr úr hita rás til jarðaðs flatarmál, sem slekkur á hálfvæginum (til dæmis vegna brotin hálfvægis eða lifandi rás sem snertir metallegra tækjabúnaðar eða vatnshlaðað flatarmál). Jörðuhringar geta ekki valdi ofurmiklum straumsvæðum sem krefjast brotunar venjulegs skiptarar, sérstaklega ef aðeins litill straum lekr í jörðu. Þessi lekur getur valdi alvarlegum stíftunarhafla án þess að ná mettu skiptarins.

Hvernig svarar venjulegur skiptari við stuttan hring eða jörðuhring?

Skulum skoða hvernig venjulegur skiptari fer og svarar við stutta hrings eða jörðuhring í rás, eins og lýst er hér að neðan.

Viðhorfum þessu dæmi: Í 120V/240V aðalpanel er ljósrás stýrt og verndað af 15 ampers venjulegum skiptara á 120V afla, og hálfvægis tengingin er mistuð.

Eins og sýnt er í myndinni, ef hálfvægisstokkur í aðalpanelinu er ekki tiltæk, reynir afturfærsla straums að fara til baka til hálfvægisstokksins. Vegna þess að hálfvægisstokkurinn er tengdur við jörðustokkinn, er einungis leiðin til baka til upprununnar (venjulega umframfærslutólubúnað) gegnum jörðuþátt. Þetta myndar rás sem leyfir umbili á um 2,4 ampere að fara. Ljóslyktin gæti enn borið svak líka.

Þessi 2,4 ampera villu-straum er vel undir mettu skiptarins á 15 ampere, svo hann brotnar ekki. Þar af leiðandi býður rásin upp á stíftunarhafla, þar sem allir metallegrar hlutar – þar á meðal tækjabúnaðarhausir, metallegrar rafrásir og metallegrar hvelfingar tengdra tækja – verða orkuð með umbili á um 72V AC.

Nú skulum við horfa á annað dæmi þegar hálfvægið er mistað og hita rásin snertir metallegra tækjabúnaðar, sem myndar "tvívillu". Í þessu tilfelli er ljósið slökkt vegna mangls afbúnaðar. Eftir sem sýnt er í myndinni, fer villu-straum á umbili 4 ampere gegnum jörðuþátt til baka til upprununnar.

Aftur verða allir metallegrar hlutar í rásinni orkuð með 120V AC. Þessi 4 ampera villu-straum er ennþá undir mettu skiptarins á 15 ampere, svo hann brotnar ekki. Ef starfsmaður snertir tækjabúnaðarhaus, metallegra rafrás eða metallegra hvelfingu tækja, er hann á hafla fyrir alvarlegan stíftunarhafla.

Til að draga úr þessum haflum er ráðlagt að nota GFCI (Ground Fault Circuit Interrupter) skiptara í stað venjulegs skiptara. GFCI skiptarar eru búin til til að greina jörðuhringa og brotna í öryggisverndaratriðum – þar á meðal þegar hálfvægið er brotið – til að tryggja öruggari gang.