Вы стоите в своем подвале и наблюдаете за работой электрика. Главная панель открыта —под напряжением, 200 ампер, потенциальная смерть всего в нескольких дюймах от вас. Он протягивает руку и хватает нейтральную шину. Твое сердце замирает. Но он даже не вздрагивает. Десять секунд спустя он закручивает клеммные винты на той же планке, все время соприкасаясь с кожей, напевая при этом, как будто меняет лампочку.
Так что же здесь происходит? Если нейтральный проводник отводит ток от ваших ламп, приборов и двигателей для замыкания цепи, почему эта шина не электризует всех, кто к ней прикасается? И что еще более важно — когда это становится смертельно опасным?
Ответ включает в себя некоторую противоречащую интуиции физику, опасный миф, который повторялся так часто, что стал “общеизвестным”, и критическое связующее требование, стоящее между плановым обслуживанием и смертельным ударом. Давайте начнем с того, почему прикосновение к живой нейтральной полоске обычно не приводит к смерти.
Зона нулевого напряжения: почему вы можете прикоснуться к нейтральной полосе под напряжением
Вот что делает нейтральную полосу вашей панели безопасной для прикосновения: он электрически подключен к тому же заземлению, на котором вы стоите. Буквально. У вашего служебного входа — там, где питание поступает в ваш дом, — нейтральный провод подключается к системе заземляющих электродов. Эта система заземления соединяется с землей через заземляющие стержни, металлические водопроводные трубы или электрод в бетонной оболочке. Вы стоите на той же самой земле.
Это создает то, что мы будем называть “Зона нулевого напряжения”— эквипотенциальная плоскость, в которой нейтральная планка, планка заземления (которая к ней прикреплена), металлическая панель корпуса и земля под вашими ногами имеют одинаковый электрический потенциал. Отсутствие разницы в напряжении означает отсутствие протекания тока.
Подумайте об электрическом потенциале, таком как высота. Если вы стоите на ровной поверхности — идеально ровном полу, — то нет никакого “спуска”, на который вы могли бы упасть. Вода не течет, предметы не катятся, и вы не переворачиваетесь. Напряжение работает точно так же: ток течет только при разнице электрических потенциалов между двумя точками, точно так же, как вода течет только при разнице высот.
Когда вы касаетесь нейтральной планки одной рукой, стоя на бетонном полу, обе точки соприкосновения (ваша рука и ноги) имеют одинаковый потенциал — ноль вольт относительно земли. Никакого спуска, никакого тока, никакого удара. Небрежная уверенность электрика — это не бравада, это физика.
Профессиональный совет №1: К нейтральной шине безопасно прикасаться, поскольку она соединена с землей у служебного входа, создавая нулевую разницу потенциалов между вами, шиной и землей под вашими ногами. Это соединение происходит только в ОДНОЙ точке (сервисное отключение), но никогда на подпанелях, согласно статье NEC 250.24(A)(5) и IEC 60364-5-54.
Но вот что становится интересным: через эту нейтральную шину протекает ток. Иногда на нейтральной шине главной панели возникает значительный ток — 15 ампер, 30 ампер, даже 50+ ампер. Так почему же даже крошечная часть этого вещества не проходит через ваше тело? Это подводит нас к самому опасному мифу об электромонтажных работах.
Почему “Путь наименьшего сопротивления” Приводит К Гибели электриков
Вы слышали это тысячу раз: “Электричество выбирает путь наименьшего сопротивления”. Это повторяется на форумах, в видеороликах YouTube и, к сожалению, электриками, которым следовало бы знать лучше. Это то, чему учат в каждом профессиональном учебном заведении и о чем почти никто не помнит из выпускников. Вот в чем проблема.: это совершенно неправильно.
Ну, не полностью. Технически это верно в том смысле, что река “идет по пути наименьшего сопротивления” вниз по склону, но, как и река, электричество не ограничивается только ОДНИМ путем. Электричество требует ВСЕ доступные пути обратно к своему источнику, разделяя ток по каждому пути пропорционально проводимости этого пути (обратной величине сопротивления). Это действующий закон Кирхгофа, и он был подтвержден физикой с 1845 года.
Давайте сопоставим это с цифрами, потому что именно здесь рушится миф о “пути наименьшего сопротивления”. Представьте, что вы прикасаетесь к нейтральной шине, которая подает 20 ампер обратно к служебному входу по медному проводу 10 AWG. Сопротивление этого нейтрального провода 10 AWG на расстоянии более 50 футов составляет приблизительно 0,05 Ом. Сопротивление вашего тела от рук до ног из-за сухой кожи? От 1000 до 100 000 Ом, в зависимости от того, насколько потны ваши руки и насколько хороши ваши ботинки. Давайте будем консервативны и скажем, 10 000 Ом.
Теперь вот критический вывод: ток делится обратно пропорционально сопротивлению. Этот провод 10 AWG имеет сопротивление в 1/200 000 раз больше сопротивления вашего тела (0,05 Ом против 10 000 Ом), поэтому по проводу проходит в 200 000 раз больший ток, чем по вашему телу. Если через нейтраль проходит 20 Ампер, ваше тело получает около 0,0001 ампера, или 0,1 миллиампера. Это одна десятитысячная тока. Вы этого не почувствуете. Провод выдает 19.9999 ампер, вы получаете 0.0001 ампер. По обоим путям проходит ток, но разница настолько велика, что вы воспринимаете свой путь как “нулевой”.
Профессиональный совет №2: Электричество не “выбирает” провод вместо вас — оно выбирает ВСЕ пути пропорционально. Вы не испытываете шока, потому что сопротивление вашего тела настолько велико, что ваша доля тока измеряется в микроамперах, а не в опасных миллиамперах, вызывающих фибрилляцию желудочков (30-50 мА через грудную клетку).
Вот почему миф о “пути наименьшего сопротивления” так опасен: он заставляет людей думать, что если существует путь с низким сопротивлением, то они в полной безопасности. Они небезопасны — они безопаснее, а это совсем другое дело. Если вы замкнете цепь поперек груди мокрыми руками на неисправном элементе оборудования, даже при наличии “лучшего” пути через землю, через ваше сердце может пройти достаточно тока, чтобы остановить его. Миф убивает, потому что он делает людей небрежными.
Призрак падения напряжения: Почему есть напряжение (Но вы его не чувствуете)
Теперь давайте обратимся к тому, что выявилось в ходе технического обсуждения: на самом деле существует небольшая разница в напряжении вдоль этой нейтральной шины, когда протекает ток. Мы назовем это “Призрак падения напряжения”— она есть, ее можно измерить хорошим мультиметром, но при нормальных условиях она вам не повредит.
Вот почему это существует: все проводники имеют сопротивление, даже медные шины и провода большой толщины. Когда ток проходит через сопротивление, напряжение падает. Давайте рассчитаем это для реального сценария.
Представьте себе 100-футовый отрезок медного нейтрального провода 12 AWG, подающий 15 ампер обратно на панель от загруженной цепи (например, десяти 100-ваттных ламп накаливания). Сопротивление меди 12 AWG при 75 ° C составляет приблизительно 2,01 Ом на 1000 футов, или 0,201 Ом на 100 футов. Используя закон Ома (V = I × R): V = 15A × 0,201 Ом = 3,02 вольта. Это общее падение напряжения на всем 100-футовом участке нейтрали.
Теперь сосредоточьтесь только на 3 футах нейтрального провода внутри панели, от того места, где он входит, до того места, где заканчивается на шине. Падение напряжения на этих 3 футах? 3 фута / 100 футов × 3,02 В = 0,09 вольта. Если вы прикоснулись одной рукой к нейтральному проводу в том месте, где он входит в панель, а другой рукой к нейтральной шине, разница между вашими руками составит 0,09 вольта. Это 90 милливольт.
Чтобы представить это в перспективе: напряжение батареи типа АА составляет 1,5 вольта — примерно в 17 раз больше, чем это. Вы чувствуете напряжение батареи типа АА на своей сухой коже? Нет. Вы также не чувствуете напряжение 0,09 вольта. Ваша кожа действует как изолятор с порогом чувствительности примерно 30-50 Вольт для сухой кожи (намного ниже, если влажная — до 10-20 Вольт для потных рук). Ниже этого порога ток почти не проникает во внешний слой вашей кожи.
Если бы у вас был достаточно чувствительный вольтметр и достаточно устойчивые стрелки, вы могли бы нанести на карту градиент напряжения на этой шине, как топографическую карту. Но даже самого высокого “пика” было бы недостаточно, чтобы почувствовать. Вот почему Призрак Падения напряжения преследует ваш нейтральный бар, но не причиняет вам вреда.
Профессиональный совет №3: На этой нейтральной полосе есть напряжение — обычно 0,02-0,10 В на фут провода под нагрузкой, — но оно намного ниже 30-50 В, необходимых для преодоления сопротивления вашей сухой кожи. Вот почему прерыватели цепи замыкания на землю (GFC) не срабатывают при нормальном падении напряжения на нейтрали; они контролируют ток дисбаланса (более 5 мА), а не напряжение.
Пока все звучит довольно безопасно, не так ли? Нейтральная полоса соединена с землей, создавая зону нулевого напряжения. Высокое сопротивление вашего тела означает, что через вас почти не проходит ток. Крошечное падение напряжения, которое существует, безвредно. Но теперь пришло время познакомиться со сценариями, которые убивают людей.
Открытый Нейтральный Убийца: Когда этот “Безопасный” Провод Становится Смертельно Опасным
Вот что отличает рутинные электромонтажные работы от несчастных случаев со смертельным исходом: контекст. Дотронуться до нейтрального провода в правильно приклеенной панели, стоя на бетонном полу? Безопасно. Дотронуться до нейтрального провода, который разомкнулся вверх по течению под нагрузкой? Ты мертв. Позволь мне показать тебе, когда Открытый Нейтральный Убийца забастовки.
Сценарий 1: Незакрепленное соединение Под нагрузкой
Ваша стиральная машина, сушилка и электрический водонагреватель работают — потребляют, скажем, 35 Ампер вместе взятых по их общему нейтральному обратному тракту. Где—то выше по потоку — может быть, в распределительной коробке, может быть, на клемме выключателя, может быть, на самой нейтральной планке панели - ослаблено соединение. Оно было ослаблено в течение нескольких месяцев, медленно нагреваясь, окисляясь, увеличивая свое сопротивление. Однажды это соединение размыкается под нагрузкой. Цепь разорвана.
Но вот самая важная часть: нейтральный проводник на стороне нагрузки этого обрыва теперь находится под полным линейным напряжением. Почему? Потому что ток пытается течь от горячей стороны ваших приборов, через их нагрузки и вниз, к тому месту, где должна подключаться нейтраль, но он не может туда попасть. Приборы становятся делителями напряжения, и нейтральный провод плавает примерно до 120 В (в цепи 120 В) или 230 В (в европейской цепи 230 В) относительно земли.
Прикоснитесь к этому “нейтральному” проводу сейчас? Вы становитесь проводом к земле. Через ваше тело проходит полный ток. Вот так погибают опытные электрики, выполняя “рутинную” работу. Они отсоединяют нейтральный провод, чтобы перенаправить его, не понимая, что в цепи есть нагрузка, и в тот момент, когда они прикасаются к оголенному проводу, 120 В пропускает ток через их тело на землю.
Профессиональный совет №4: Никогда не отсоединяйте нейтральный проводник, пока цепи находятся под напряжением, даже если вы выключили выключатель. Многопроволочные ответвительные цепи (MWBC) могут подавать обратное напряжение через нейтраль, если выключен только один выключатель, создавая смертельно опасный сценарий, когда “мертвый” нейтральный провод фактически находится под напряжением 120 В относительно земли.
Сценарий 2: Ловушка многопроволочной ответвленной цепи
Говоря о MWBCs, вот конкретный режим отказа, который убивает как мастеров, так и профессионалов. В многопроволочной ответвительной цепи используется одна общая нейтраль для обслуживания двух горячих проводов напряжением 120 В на противоположных фазах. При сбалансированной нагрузке нейтраль воспринимает только разницу между двумя горячими нагрузками. Но вот что происходит, когда вы открываете эту общую нейтраль на панели:
Схема 1 питает освещение в гостиной (200 Вт, около 1,7 А). Схема 2 питает оконный блок переменного тока (1500 Вт, около 12,5 А). Вы выключаете оба выключателя. Цепи “разряжены”, верно? Неправильно. Вы отсоединяете нейтральный провод от шины, чтобы переместить его. В тот момент, когда нейтраль размыкается, две цепи становятся последовательно подключенный через 240В (в североамериканских двухфазных системах).
Ваши лампы мощностью 200 Вт теперь подключены последовательно с нагрузкой переменного тока мощностью 1500 Вт при напряжении 240В. Напряжение делится пропорционально сопротивлению нагрузок. Напряжение ламп составляет около 28В. Нейтральный провод — тот, который вы держите в руках—сейчас находится на уровне 212 В относительно земли. Ваш тестер напряжения показывает ноль на обоих горячих проводах. Вы уверены. Вы ошибаетесь. Потрогать? Игра окончена.
Этот сценарий убил нескольких электриков, которые думали, что работают с “мертвыми” проводами, потому что они отключили выключатели.
Сценарий 3: Потеряна нейтральность у служебного входа
Кошмарный сценарий: выходит из строя подсоединение сетевой нейтрали у вашего служебного входа. Это может произойти из-за коррозии, физического повреждения или некачественно выполненного подсоединения к вентиляционной головке. Когда основная нейтраль открывается во время работы нагрузки., все ваши цепи напряжением 120 В подключаются последовательно через напряжение 240В. Индикаторы на одной фазе сигнализируют о перенапряжении и взрываются. Электроника на другой фазе сигнализирует о пониженном напряжении и замирает. И каждый нейтральный провод в вашем доме разряжается до некоторой доли 240 В, в зависимости от баланса нагрузки и конфигурации фазы.
Прикоснитесь к любому нейтральному проводу — к любому проводу ”заземления", к любому металлическому корпусу прибора — и вы подключаете цепь заземления на 240 В через свое тело. Это единственное подключение у служебного входа? Оно не подлежит обсуждению.
Почему склеивание нейтрального заземления не подлежит обсуждению
Все, что мы обсуждали—Зона нулевого напряжения, эквипотенциальная плоскость, причина, по которой вы не испытываете шока, прикасаясь к правильно закрепленному нейтральному стержню, зависит от одного важного соединения: связь на нейтральной территории у служебного входа. Это не предложение. Это не “лучшая практика”. Это требование кодекса, подкрепленное силой закона.
NEC Статья 250.24(A)(5) (редакция 2023 года) требует, чтобы “нейтральный проводник был заземлен” при отключении от сети и Только при отключении сервиса. На международном уровне, IEC 60364-5-54 устанавливается по тому же принципу: одна основная точка заземления, как правило, в начале установки.
Вот почему так важно это одноточечное соединение: (1) Он устанавливает опорный потенциал для всей вашей электрической системы. Без этого “нейтраль” и “заземление” плавают относительно друг друга, и разница в напряжении может стать смертельной. (2) Это гарантирует, что ток короткого замыкания возвращается к источнику по низкоомному пути. Когда горячий провод соприкасается с заземленным металлическим корпусом, результирующий ток замыкания должен быть достаточно высоким, чтобы быстро отключить выключатель — в идеале в течение 0,1 секунды. Для этого требуется надежное заземление. (3) Это предотвращает возникновение перенапряжения при потере нейтрали. Если электрическая нейтраль размыкается, а ваша система заземления не подключена, весь ваш дом может оказаться под опасным напряжением. (4) Это обеспечивает безопасную нулевую отметку при контакте с человеком. Нейтральная полоса, полоса заземления, корпус панели и заземление становятся эквипотенциальными, создавая Зону нулевого напряжения, о которой мы говорили ранее.
Что произойдет, если вы соедините нейтраль и заземление на вспомогательной панели, нарушив правило “только одного соединения”? Вы создаете параллельные пути заземления, что означает, что ток нейтрали начинает течь по вашим заземляющим проводникам и металлическим дорожкам качения. Эти каналы не были рассчитаны на постоянный ток. Они нагреваются. Соединения подвержены коррозии. И вдруг по “заземляющему” проводу, который должен вас защищать, проходит ток, достаточный для поражения электрическим током при прикосновении к металлическому корпусу прибора. Одно соединение - это электрическая схема. Два соединения - это судебный процесс, ожидающий своего часа.
Вот почему NEC 250.142(B) категорически запрещает заземление нейтрали в любой точке после сервисного отключения. Одно соединение. У служебного входа. Больше нигде.
Профессиональный совет №5 (Критическая безопасность): Соединение нейтрали с заземлением должно быть только в ОДНОЙ точке: в сервисном отсоединителе или на главной панели. Никогда не соединяйте нейтраль с заземлением на вспомогательных панелях (исключение 250,32), никогда на приборах, никогда на распределительных коробках. Это одноточечное соединение обеспечивает правильное протекание тока короткого замыкания и предотвращает протекание тока нейтрали по путям заземления.
Нейтральная Клеммная колодка VIOX
Итог: когда “Безопасный” Становится “Смертельно опасным”
Итак, вот что мы узнали о том, когда нейтральные шины безопасны, а когда смертельно опасны:
Нейтральная шина не убьет вас, когда: Он надлежащим образом заземлен у служебного входа; вы стоите на заземленной поверхности (бетон, земля, а не резиновый коврик); цепь работает в обычном режиме (без размыканий, без неисправностей, без MWBCs при снятой одной ноге); и ваша кожа сухая и неповрежденная (сопротивление 1000 + Ом).
Нейтральная шина убьет вас, когда: Соединение нейтрали размыкается выше по потоку под нагрузкой (полное линейное напряжение на “нейтрали”); вы работаете в многопроводной ответвительной цепи с выключенными выключателями, но отключенной нейтралью; нейтраль служебного входа вышла из строя (перенапряжение во всей системе); или вы мокрый, потный или у вас порезы на руках (сопротивление кожи падает до 100-500 Ом).
Разница между этими сценариями заключается в контексте, а контекст невидим. Вы не можете посмотреть на нейтральный провод и узнать, безопасен ли он. Вы не можете почувствовать напряжение, пока оно уже не пройдет через вас. Вы не слышите гудения открытой нейтрали, ожидающей вверх по течению. Единственное, что отделяет вас от 120 В в вашей груди, — это контекст, а контекст меняется за миллисекунды.
Вот почему в каждом электрическом кодексе, в каждом стандарте безопасности, в каждой учебной программе подчеркивается один и тот же принцип: рассматривайте каждый проводник как находящийся под напряжением, пока не будет доказано обратное. Используйте бесконтактный тестер напряжения. Используйте мультиметр. Проверьте нагрев до заземления, нагрев до нейтрали, нейтраль до заземления. А если вы не квалифицированный электрик, знакомый со статьей 250 NEC, требованиями к дуговой вспышке NFPA 70E и надлежащими процедурами блокировки / разметки? Не открывайте эту панель.
Нейтральная полоса не убьет вас — пока это не произойдет. И когда это произойдет, она не выдает предупреждений.
Нужна помощь в выборе электрораспределительного оборудования с надлежащим заземлением и подключением? VIOX ELECTRIC производит низковольтные электрические компоненты, включая распределительные панели, шинопроводы, автоматические выключатели и принадлежности для заземления, соответствующие стандартам NEC и IEC. Обратитесь к нашим инженерам-прикладникам за технической поддержкой по вашему следующему проекту.
