Кіріспе
Электр желісінде жерге немесе жерге қосылған схеманың бөлігі, "жерлеу" немесе "жер" термині электрде қолданылады, бірақ желілік сымдар контекстінде емес. Электр инженериясында жер және бейтарап (жер және бейтарап) – айнымалы ток (AC) электр жүйелерінде қолданылатын схема өткізгіштері. Бейтарап өткізгіш токты қуат көзіне қайтарады. Жоғары кернеулі жүйелерден ағып кету тогының әсерін шектеу үшін бейтарап өткізгіш көбінесе қуат көзі орналасқан жерде жерге қосылады. Жерлеу өткізгіші схеманың қалыпты жұмысы үшін ток тасымалдауға арналмаған, оның орнына ашық металл компоненттерді (мысалы, жабдықтың қабықшаларын немесе сымдарды қоршау құбырларын) жерге жалғау үшін қолданылады. Жерлеу өткізгіші тек схемада ақаулық болған жағдайда ғана маңызды ток тасымалдайды, бұл жағдайда ашық өткізгіш бөліктерге қуат түсіп, соққы қаупі туындауы мүмкін. Схеманы қорғау құрылғылары жерленген металл қабықшадағы ақаулықты анықтап, схеманы автоматты түрде өшіруі немесе жерлеу ақаулығы туралы ескерту бере алады. Кейбір жағдайларда жүйелік бейтарапқа қосылатын өткізгіш жабдықтар мен құрылымдарды жерлеу үшін де қолданылады. Жерлеу өткізгішімен жүргізілетін ток жабдықтың қабықшаларында қанағаттандырмас немесе қауіпті кернеудің пайда болуына әкелуі мүмкін, сондықтан жерлеу өткізгіштерін және бейтарап өткізгіштерді орнату электр ережелерінде қатаң түрде белгіленген. Егер бейтарап өткізгіш жабдықтың қабықшаларын жерге қосу үшін де қолданылса, бейтарап өткізгіш жерге қатысты жоғары кернеуге көтерілмеуіне көз жеткізу керек.
uses of the term "grounding" or "earth" in electricity but not in the context of mains wiring
In electrical engineering, ground and neutral (earth and neutral) are circuit conductors used in alternating current (AC) electrical systems. The neutral conductor returns current to the supply. To limit the effects of leakage current from higher voltage systems, the neutral conductor is often connected to earth ground at the point of supply. A ground conductor is not intended to carry current for normal operation of the circuit, but instead connects exposed metallic components (such as equipment enclosures or conduits enclosing wiring) to earth ground. A ground conductor only carries significant current if there is a circuit fault that would otherwise energize exposed conductive parts and present a shock hazard. Circuit protection devices may detect a fault to a grounded metal enclosure and automatically de energize the circuit, or may provide a warning of a ground fault. Under certain conditions, a conductor used to connect to a system neutral is also used for grounding (earthing) of equipment and structures. Current carried on a grounding conductor can result in objectionable or dangerous voltages appearing on equipment enclosures, so the installation of grounding conductors and neutral conductors is carefully defined in electrical regulations. Where a neutral conductor is used also to connect equipment enclosures to earth, care must be taken that the neutral conductor never rises to a high voltage with respect to local ground.
Анықтамалар
Жер немесе желілік (AC) электр жүйесіндегі жерге қосылған сым – жабдықтардағы қауіпті кернеудің пайда болуын болдырмау үшін жерге төмен кедергілі жол ұсынатын өткізгіш. Осы бөлімде "жер" және "жерге қосылған" терминдері мағынасы жағынан бірдей қолданылады; "жер" Солтүстік Америка тілінде, ал "жерге қосылған" британ тілінде жиірек кездеседі. Қалыпты жағдайда, жерге қосылған сым ток өткізбейді. Жерге қосу үйдің электр жүйесінің маңызды бөлігі болып табылады, себебі ол автоматты қосқыштарды (мысалы, GFCI) жылдамрақ іске қосады, бұл қауіпсіздікті арттырады. Жаңа жерге қосылған сымдарды орнату үшін, электр энергиясын тарату аймағына қатысты білімі бар білікті электрик қажет. Нейтраль – бұл тізбектің қайнар көзіне қайтаруын қамтамасыз ететін сым. NEC (Ұлттық электр кодексі) нейтраль және жерге қосылған сымдарды трансформатордың немесе генератордың нейтральдік нүктесінде қосу керек дейді, басқаша айтқанда "жүйелік нейтральдік нүктесінде", бірақ басқа ешқандай жерде емес. Бұл қарапайым, бір панельдік орнатулар үшін жарамды; егер бірнеше панель болса, жағдай күрделірек. Көп фазалы (әдетте үш фазалы) АЖ жүйесінде нейтраль сымының кернеуі басқа тізбек сымдарымен шамалас болуы керек, бірақ фазалар теңгерімді болса, өте аз ток жүруі мүмкін. Барлық нейтраль сымдары, бірдей жерге қосылған электр жүйесінде, бірдей электр потенциалына ие болуы керек, себебі олардың барлығы жүйе арқылы жерге қосылған. Нейтраль сымдары әдетте желілік сымдармен бірдей кернеуге арналған изоляциямен жабдықталады, бірақ кейбір ерекше жағдайлар бар.
Сұлбалық жүйе
Бейтарап сымдар әдетте панельдік тақталар немесе коммутаторлар ішіндегі бейтарап шинаға қосылады және электр қызметіне кіреберісте немесе жүйедегі трансформаторларда жерге "байланыстырылады". Екі бөлімді (үш сымды бір фазалы) қызмет көрсетілетін электр орналымдары үшін жүйенің бейтарап нүктесі қызметтік трансформатордың екінші жағындағы орталық қосымшада орналасады. Ірі электр орналымдары үшін, мысалы, көп фазалы қызмет көрсетілетіндер үшін, бейтарап нүкте әдетте дельта/жұлдыз (delta/wye) қосылған трансформаторлардың екінші жағындағы ортақ қосылымда болады. Көп фазалы трансформаторлардың басқа схемалары нейтраль нүктесінің және нейтраль өткізгіштерінің болмауына әкелуі мүмкін.
Нейтралды жермен біріктіру
Жерге қосу өткізгіштерінде электр тогы ағынынан туындайтын шамалы кернеулер қиындықтар тудыруы мүмкін. Мысалы, сүтті ірі қара мал сауылатын қораларда арнайы шаралар қажет болуы мүмкін. Адамдар сезбейтін өте кішкентай кернеулер сүт өнімділігінің төмендеуіне, тіпті маститке (сүт безінің қабынуына) әкелуі мүмкін. Сүт сауу залының электр тарату жүйесінде "шамалы кернеу сүзгілері" деп аталатын құрылғылар қажет болуы мүмкін. Нейтральды құрылғы корпусына қосу ақаулардан қорғауға көмектеседі, бірақ нейтраль байланысы үзілген жағдайда корпуста қауіпті кернеу пайда болуы мүмкін. Электрмен жабдықтау компанияларының сымдарында, сондай-ақ ғимараттардағы тұрақты сымдарда және теміржол, трамвай сияқты баламасы аз мамандандырылған жағдайларда бірлескен нейтраль және жер өткізгіштері жиі қолданылады. Нейтраль өткізгішіндегі қалыпты токтар жергілікті жер потенциалы мен нейтраль арасындағы қолайсыз немесе қауіпті айырмашылықтарға, сондай-ақ нейтральдің үзілуіне алып келуі мүмкін. Сондықтан, жүйе қауіпсіздігін қамтамасыз ету үшін жерге жиі түсіру (көптеген жерге қосу тіректері), біріктірілген нейтраль және жер фазалық өткізгішті толық қоршайтын кабельдерді пайдалану, сондай-ақ қалыптыдан қалың эквипотенциалды байланыс сияқты арнайы сақтық шараларын қарастыру қажет.
Үш сымдық контурдағы тұрақты құрылғылар
АҚШ-та кейбір ас үй пештерінің (ошақтар, пештер), тағам дайындау плиталарының, кір жуу машиналарынң және басқа да арнайы тізімделген құралдардың корпустары Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде мыс кабельдерден мысты үнемдеу мақсатында бейтарап сымдары арқылы жерге қосылған. Бұл практика 1996 жылғы нұсқауда NEC-тен алынып тасталды, бірақ қолданыстағы орналымдар («ескі жұмыс» деп аталады) әлі де мұндай тізімделген құрылғылардың корпустарын жерге қосу үшін бейтарап өткізгішке қосуға рұқсат береді. (Канада бұл жүйені қабылдамады, және оның орнына осы кезеңде және қазірге дейін бөлек бейтарап және жер сымдарын пайдаланады.) Бұл практика 120 вольт және 240 вольт жүктемелерін қуатпен жабдықтау үшін қолданылатын үш сымды жүйеден туындады. Аталған құрылғылардың көпшілігінде 120 вольтты немесе 120 және 240 вольтты пайдаланатын компоненттер болғандықтан, бейтарап сымда көбінесе ток жүреді. Бұл қорғанышқа арналған жерге қосу сымынан өзгеше, ол тек ақаулық жағдайында ғана ток өткізеді. Құрал-жабдықтың корпусын жерге қосу үшін бейтарап өткізгішті пайдалану қауіпсіз деп есептелді, себебі құрылғылар тұрақты түрде қуат көзіне қосылғандықтан, бейтарап сымы екі қуат сымын да жұлып салмастан жыртылуы екіталай. Сонымен қатар, құрылғылардағы шамдар мен кішігірім моторлардың тудырған теңгерімсіз тогы өткізгіштердің номиналдық қуатына қарағанда аз болды, сондықтан бейтарап өткізгіште үлкен кернеудің төмендеуіне себеп болмады.
Тасымалданатын құрылғылар
Солтүстік Америка және Еуропа тәжірибесінде, сымдар жиынтығы арқылы қосылған шағын көшмелі жабдықтардың қосылыс айырбасында (плагинінде) белгілі бір шарттарда тек екі өткізгіш болуына рұқсат етіледі. Поляризацияланған айырбаны құрылғыға бейтарап өткізгіштің идентификациясын сақтау үшін қолдануға болады, бірақ бейтарап ешқашан шасси/корпусқа жер ретінде қолданылмайды. Лампаларға арналған кішкентай сымдар және т.б. көбінесе бейтарап өткізгішті анықтау үшін бір немесе бірнеше қалыпты тікпелер немесе енгізілген жіптерге ие болуы мүмкін, немесе түсі арқылы анықталуы мүмкін. Көшмелі құрылғылар ешқашан бейтарап өткізгішті корпусқа жер ретінде қолданбайды және көбінесе "қос оқшауланған" конструкциямен жабдықталады. Айырба мен розетканың конструкциясы жүйелік бейтарап өткізгіштің құрылғының нақты түйіндеріне қосылуын қамтамасыз ете алмайтын ("поляризацияланбаған") жағдайларда, көшмелі құрылғылар әрбір тізбектің кез келген полюсі жерге қатысты толық желілік кернеуге жете алады деген есеппен жобалануы керек.
Техникалық жабдықтар
Солтүстік Америка тәжірибесінде, егер жабдық 240 вольтпен ғана жабдықталса, оның үш сымы болуы керек, немесе 120/240 вольтпен жабдықталса, төрт сымы (нейтраль және жер қоса алғанда) болуы керек. NEC-те техникалық жабдықтар деп аталатын, негізінен кәсіби сападағы аудио және бейне жабдықтары, «тепе-теңдікті» қамтамасыз ететін 120 вольттық тізбектермен жабдықталады. Трансформатордың ортақ нүктесі жерге қосылады, ал жабдық екі желілік сыммен жабдықталады, әрқайсысы жерге 60 вольт (және желілік өткізгіштер арасында 120 вольт) береді. Ортақ нүкте жабдыққа таратылмайды және нейтраль өткізгіші қолданылмайды. Мұндай жағдайларда әдетте, шу мен «гул» азайту үшін қауіпсіздік жерге қосу өткізгішінен бөлек жерге қосу өткізгіші қолданылады. Бұрын ауруханалардағы пациенттерге қызмет көрсету аймақтарында арнайы тарату жүйесі қолданылған. Пациентке тікелей қосылған жабдықтар арқылы (мысалы, жүректі бақылауға арналған электрокардиограф) өтуі мүмкін кез келген ағымды азайту мақсатында, арнайы оқшаулау трансформаторынан оқшауланған қуат жүйесі берілген. Тізбектің нейтралі жерге қосылмаған. Ағымның сырқауы сымдардың және қуат трансформаторының таратылған сыйымдылығына байланысты болды. Мұндай тарату жүйелері жоғары сырқау тогы анықталғанда ескерту беру үшін тұрақты орнатылған құралдармен бақыланды.
Ортақ бейтарап
Ортақ бейтарап – бірнеше тізбектердің бірдей бейтарап қосылысын пайдалануы. Бұл ортақ бейтарап деп те аталады, ал тізбектер мен бейтарап бірге Эдисон тізбегі деп аталуы мүмкін.
Үш фазалы схемалар
Үш фазалы тізбекте бейтарап барлық үш фаза арасында ортақ пайдаланылады. Әдетте, жүйенің бейтарапы қоректендіру трансформаторының жұлдыздық нүктесіне қосылады. Сондықтан көптеген үш фазалы тарату трансформаторларының екінші жағы жұлдызды (wye) немесе жұлдыз тәрізді оралған болады. Үш фазалы трансформаторлар және олармен байланысты бейтараптар көбінесе өнеркәсіптік тарату орталарында кездеседі. Жүйені толығымен жерге қоспауға болады. Мұндай жағдайда бір фаза мен жер арасындағы қысқа тұйықталу айтарлық ток тудырмайды. Көбінесе бейтарап нейтраль тірегі мен жер тірегі арасындағы қосылыс арқылы жерге қосылады (жерлендіріледі). Ірі жүйелерде бейтараптан жерге ағатын токты бақылау және оны бейтарап ақауларын қорғау үшін негіз ретінде пайдалану қалыпты жағдай. Нейтраль мен жер арасындағы байланыс кез келген фазалық жерге түсуге жеткілікті ток ағынын дамытуға мүмкіндік береді, бұл тізбедегі артық токтан қорғау құрылымын іске қосады ("құлатпайды"). Кейбір елдерде ақаулық тізбегінің кедергісі қорғауды іске қосу үшін жеткілікті төмен екенін қамтамасыз ету үшін есептеулер қажет (Австралияда бұл AS3000:2007 Ақаулық тізбегінің кедергісін есептеуде көрсетілген). Бұл тарау тізбегінің ұзындығын шектеуі мүмкін. Егер екі фаза бір бейтарапты бөліссе және үшінші фаза ажыратылса, ең нашар жағдайда ток мөлшері бір жағында жүктеме болмаса, ал екінші жағында толық жүктеме болса, немесе екі жағында да толық жүктеме болса туындайды. Соңғы жағдайда ток мөлшері болады, мұнда – ток шамасы. Басқаша айтқанда, бейтарап сымындағы ток шамасы қалған екі сымдағы ток шамасына тең. Егер үш фазалы сызықтық тізбекте үш бірдей кедергілік немесе реактивтік жүктеме болса, бейтарап ток өткізбейді. Егер әрбір фазадағы жүктемелер бірдей болмаса, бейтарап ток өткізеді. Кейбір елдерде егер теңгерімсіз ток ағыны күтілмесе, бейтараптың көлемін кішіретуге рұқсат етіледі. Егер бейтарап фазалық өткізгіштерден кіші болса, үлкен теңгерімсіз жүктеме пайда болған жағдайда ол артық жүктелуі мүмкін. Флуоресценттік және HID шамдар, сондай-ақ қуаттық түрлендіргіштері бар электрондық жабдықтар сияқты сызықтық емес жүктемелерден алынған ток көбінесе гармоникаларды қамтиды. Үшінші гармонияның тақ еселері (үштік гармоникалық токтар) қосылады, нәтижесінде ортақ бейтарап өткізгіштегі ток кез келген фазалық өткізгіштегіден артық болады. Ең нашар жағдайда ортақ бейтарап өткізгіштегі ток әрбір фазалық өткізгіштегі токтан үш есе көп болуы мүмкін. Кейбір елдер үш фазалы көзден бір фазалы жүктемелерді қоректендіру кезінде ортақ бейтарап өткізгіштерді пайдалануға тыйым салады; ал басқалары бейтарап өткізгіштің фазалық өткізгіштерден әлдеқайда үлкен болуын талап етеді. Бейтарап өткізгіштегі артық тоқтан қорғау үшін стандартты үш полюстіге қарағанда төрт полюсті автоматты қосқыштарды (circuit breakers) пайдалану жақсы тәжірибе, онда төртінші полюс бейтарап фаза болып табылады.
Бөлінетін фаза
Бөлінетін фазалы сымдарда, мысалы Солтүстік Америкадағы ас үйдегі дуплекс розеткада, құрылғылар жерге қоса үш өткізгіштен тұратын кабельмен қосылуы мүмкін. Үш өткізгіш әдетте қызыл, қара және ақ түспен боялады. Ақ түс жалпы бейтарап ретінде қолданылады, ал қызыл және қара түстер розетканың жоғарғы және төменгі «жеңіл» бөліктерін жеке-жеке қуаттандырады. Мұндай розеткалар әдетте екі автоматтік қосқыштан (circuit breaker) қуат алады, олардың тұтқалары ортақ іске қосу үшін біріктірілген. Егер екі үлкен құрылғы бір уақытта қолданылса, ток екеуінен де өтеді, ал бейтарап сым ток айырмашылығын ғана тасымалдайды. Бұл жүктемелерге қуат беру үшін төрт емес, үш сымды пайдалануға мүмкіндік береді. Егер бір ас үй құрылғысы тізбекті (circuit) артық жүктесе, дуплекс розетканың екінші жағы да өшіріледі. Бұл көп сымды тармақ схемасы (multiwire branch circuit) деп аталады. Қосылған жүктеме бір уақытта бірнеше фазаны пайдаланғанда ортақ іске қосу қажет. Ортақ іске қосу, бір құрылғы номиналды токтан артық ток тартса, ортақ бейтарап сымның артық жүктелуіне жол бермейді.
Жерге тұйықтау проблемалары
Жерге қосылудың жоқ болуы немесе жеткіліксіз сыйымдылығы, қосылған жабдықта ақау туған кезде, күтілгендей қорғау функцияларын қамтамасыз етпеуі мүмкін. Жер және тізбек нейтралі арасындағы қосымша қосылыстар жер жолында айналым токтарын, жерге немесе құрылымға кіріп келген шатасқан токты және шатасқан кернеуді тудыруы мүмкін. Нейтраль өткізгіштегі қосымша жерге қосылулар, жер ақаулық тогын үзіп тастау құрылғысымен (ҚТҚ) қамтамасыз етілген қорғауды айналып өтуі мүмкін. Жерге қосылуға тәуелді сигнал тізбектері, егер жерге қосылу болмаса, жұмыс істемейді немесе тұрақсыз жұмыс істейді.