Почему стандартный автоматический выключатель не защищает от утечек на землю

Поломка нейтрального провода в цепи с обычным автоматическим выключателем создает риск поражения электрическим током, так как выключатель не контролирует и не защищает нейтральный провод. Внутренний механизм обычного выключателя не предназначен для обнаружения токов утечки на землю во время работы. Обычные автоматические выключатели разработаны для защиты от перегрузок и коротких замыканий, а не от утечек на землю.

Обычные выключатели контролируют ток в фазном проводе и срабатывают, если ток превышает номинальное значение выключателя — обычно из-за перегрузки или короткого замыкания. Однако при поломке нейтрального провода ток утечки может возвращаться к источнику через заземляющий провод. Это происходит потому, что заземляющая и нейтральная шины соединены в главном щитке.

В результате ток, меньший номинальной емкости выключателя, может протекать по цепи по непреднамеренному пути. Поскольку через фазный провод не проходит избыточный ток, выключатель не обнаруживает неисправность и остается включен. В результате части цепи остаются под напряжением, создавая скрытый риск поражения электрическим током, который выключатель не устраняет.

Наиболее распространенные неисправности в электрической цепи следующие:
Перегрузки и короткие замыкания

Обычные выключатели реагируют на избыточный ток, вызванный перегрузками или прямыми короткими замыканиями (высокотоковые неисправности, при которых ток течет напрямую от фазы к нейтрали или от фазы к фазе). Эти условия создают скачок тока, который выключатель обнаруживает и срабатывает, чтобы предотвратить повреждение.

Утечки на землю

Утечка на землю происходит, когда ток утекает из фазного провода на заземленную поверхность, минуя нейтральный провод (например, из-за поломки нейтрали или контакта живого провода с металлическим корпусом прибора или влажной поверхностью). Утечки на землю могут не вызывать высоких скачков тока, необходимых для срабатывания обычного выключателя, особенно если утекает только небольшой ток. Такая утечка может создавать серьезные риски поражения электрическим током без достижения порога срабатывания выключателя.

Как обычный выключатель реагирует на короткое замыкание или утечку на землю?

Рассмотрим, как обычный выключатель ведет себя и реагирует на короткие замыкания или утечки на землю в цепи, как показано ниже.

Пример: в главном щитке на 120В/240В осветительная цепь контролируется и защищается 15-амперным стандартным выключателем на 120В, и соединение нейтрали потеряно.

Как показано на рисунке, если нейтральная шина в главном щитке недоступна, возвращающийся ток пытается течь обратно к нейтральной шине. Поскольку нейтральная шина соединена с заземляющей шиной, единственный путь тока обратно к источнику (обычно трансформатору) — через заземляющий провод. Это формирует цепь, позволяющую примерно 2,4 ампера тока утечки течь. Лампочка может все еще излучать слабое свечение.

Этот ток утечки 2,4 ампера значительно ниже номинального значения выключателя 15 ампер, поэтому он не срабатывает. В результате цепь представляет собой риск поражения электрическим током, так как все металлические компоненты, включая корпуса оборудования, металлические каналы и металлические корпуса подключенных устройств, становятся заряженными примерно 72В переменного тока.

Теперь рассмотрим другой сценарий, когда нейтраль потеряна, и фазный провод контактирует с металлическим корпусом устройства, создавая "двойную неисправность". В этом случае свет выключен из-за отсутствия нагрузочного сопротивления. Как показано на рисунке, ток утечки примерно 4 ампера течет через заземляющий провод обратно к источнику.

Опять же, все металлические компоненты в цепи становятся заряженными 120В переменного тока. Этот ток утечки 4 ампера остается ниже порогового значения выключателя 15 ампер, поэтому выключатель не срабатывает. Если оператор коснется корпуса оборудования, металлического канала или металлического корпуса устройства, он рискует получить серьезное поражение электрическим током.

Для снижения этих рисков рекомендуется использовать GFCI (Ground Fault Circuit Interrupter) выключатель вместо стандартного. GFCI выключатели разработаны для обнаружения утечек на землю и срабатывания в опасных ситуациях, включая те, которые вызваны поломкой нейтрали, обеспечивая более безопасную работу.