Чому стандартний вимикач не захищає від аварійних земляних замикань

Порушення нейтралі в схемі зі стандартним автоматом створює ризик електричного удару, оскільки автомат не моніторить та не захищає нейтральний провід. Внутрішній механізм стандартного автомата не призначений для виявлення струму заземлення під час роботи. Стандартні автомати спроектовані для захисту від перевантажень та коротких замикань, але не від заземлених аварій.

Стандартні автомати контролюють струм у фазному проводі і відключаються, якщо струм перевищує номінальне значення автомата — зазвичай через перевантаження або коротке замикання. Однак, при порушені нейтралі, аварійний струм може повернутися до джерела через провід заземлення. Це відбувається через те, що термінальні рейки заземлення та нейтралі об'єднані в головній панелі.

В результаті, струм нижче номінальної здатності автомата може пройти через схему по непередбаченому шляху. Оскільки надмірний струм не проходить через фазний провід, автомат не виявляє аварію і залишається увімкненим. В результаті, частини схеми залишаються під напругою, створюючи прихований ризик електричного удару, який автомат не усуває.

Найпоширеніші аварії в електричних схемах наступні:
Перевантаження та короткі замикання

Стандартні автомати реагують на надмірний струм, спричинений перевантаженнями або безпосередніми короткими замиканнями (аварії з великим струмом, коли струм прямує безпосередньо з фази на нейтраль або з фази на фазу). Ці умови створюють вибух струму, який автомат виявляє і відключається, щоб запобігти пошкодженням.

Заземлені аварії

Заземлена аварія відбувається, коли струм витікає з фазного проводу на заземлену поверхню, опиняючи нейтральний провід (наприклад, через порушення нейтралі або контактування живого проводу з металевим корпусом приладу або вологою поверхнею). Заземлені аварії можуть не генерувати великий струм, необхідний для відключення стандартного автомата, особливо якщо лише невелика кількість струму витікає на землю. Цей витік може створити серйозний ризик електричного удару, не досягаючи порогу відключення автомата.

Як стандартний автомат реагує на коротке замикання або заземлену аварію?

Розглянемо, як стандартний автомат поводиться та реагує на короткі замикання або заземлені аварії в схемі, як показано нижче.

Розглянемо цей приклад: У головній панелі на 120В/240В, освітлювальна схема контролюється та захищається стандартним автоматом на 15 ампер на постачанні 120В, і з'єднання нейтралі втрачається.

Як показано на рисунку, якщо рейка нейтралі в головній панелі недоступна, повертаючий струм намагається потрапити назад до рейки нейтралі. Оскільки рейка нейтралі з'єднана з рейкою заземлення, єдиним шляхом струму назад до джерела (звичайно, трансформатор) є провід заземлення. Це формує схему, що дозволяє близько 2,4 ампера аварійного струму протікати. Лампа може все ще світитися слабким світлом.

Цей аварійний струм 2,4 ампера набагато нижче номінального значення автомата 15 ампер, тому він не відключається. В результаті, схема представляє ризик електричного удару, оскільки всі металеві компоненти, включаючи корпуси обладнання, металеві шляхи та металеві корпуси з'єднаних пристроїв, заряджуються близько 72В АС.

Тепер, розглянемо інший сценарій, коли нейтраль втрачається, а фазний провід контактує з металевим корпусом пристрою, створюючи "подвійну аварію". У цьому випадку, світло вимикається через відсутність опору навантаження. Як показано на рисунку, аварійний струм близько 4 ампер протікає через провід заземлення назад до джерела.

Знову ж таки, всі металеві компоненти в схемі заряджуються на 120В АС. Цей аварійний струм 4 ампера залишається нижче порогу 15 ампер автомата, тому автомат не відключається. Якщо оператор торкається корпуса обладнання, металевого шляху або металевого корпуса пристрою, він ризикує отримати серйозний електричний удар.

Для зменшення цих ризиків рекомендується використовувати автомат GFCI (Автомат з відключенням при заземленій аварії) замість стандартного автомата. Автомати GFCI спроектовані для виявлення заземлених аварій та відключення в небезпечних ситуаціях, включаючи ті, що спричинені порушенням нейтралі, забезпечуючи безпечнішу роботу.