В электротехнике заземление может быть точкой отсчета в электрической цепи , в которой измеряется напряжение , общим обратным путем для электрического тока или прямым физическим соединением с Землей .
Электрические цепи могут быть подключены к земле по нескольким причинам. Открытые токопроводящие части электрооборудования подключаются к земле для защиты пользователей от опасности поражения электрическим током . Если внутренняя изоляция выходит из строя, на открытых токопроводящих частях могут появиться опасные напряжения. Подключение открытых токопроводящих частей к «заземляющему» проводу, который обеспечивает путь с низким сопротивлением для обратного тока к входящей нейтрали (которая также подключена к земле, близко к точке входа), позволит автоматическим выключателям (или УЗО ) прерывать подачу питания в случае неисправности. В системах распределения электроэнергии защитный заземляющий (PE) проводник является неотъемлемой частью безопасности, обеспечиваемой системой заземления .
Заземление также ограничивает накопление статического электричества при работе с легковоспламеняющимися продуктами или устройствами, чувствительными к электростатике . В некоторых телеграфных и электропередающих цепях само заземление может использоваться как один из проводников цепи, что позволяет сэкономить на установке отдельного обратного проводника (см. однопроводное заземление и телеграф с обратным заземлением ).
Для целей измерения Земля служит (разумно) постоянным потенциалом, относительно которого можно измерять другие потенциалы. Электрическая система заземления должна иметь соответствующую токонесущую способность, чтобы служить адекватным уровнем нулевого напряжения. В теории электронных цепей «земля» обычно идеализируется как бесконечный источник или сток для заряда, который может поглощать неограниченное количество тока без изменения своего потенциала. Если реальное заземление имеет значительное сопротивление, приближение нулевого потенциала больше недействительно. Возникнут паразитные напряжения или эффекты повышения потенциала земли , которые могут создавать шум в сигналах или создавать опасность поражения электрическим током, если они достаточно велики.
Использование термина «земля» (или «земля») настолько распространено в электрических и электронных приложениях, что схемы в портативных электронных устройствах , таких как сотовые телефоны и медиаплееры , а также схемы в транспортных средствах , можно считать имеющими «землю» или соединение с корпусом без какого-либо фактического соединения с Землей, несмотря на то, что «общий» является более подходящим термином для такого соединения. Обычно это большой проводник, прикрепленный к одной стороне источника питания (например, « земляная плоскость » на печатной плате ), который служит общим обратным путем для тока от многих различных компонентов в схеме.
Электромагнитные телеграфные системы дальнего действия с 1820 года [a] использовали два или более провода для передачи сигнала и обратных токов. Немецкий ученый К. А. фон Штейнхейль в 1836–1837 годах обнаружил , что земля может использоваться в качестве обратного пути для замыкания цепи, что делает обратный провод ненужным. [2] Штейнхейль был не первым, кто это сделал, но он не знал о более ранних экспериментальных работах, и он был первым, кто сделал это на работающем телеграфе, таким образом сделав принцип известным инженерам-телеграфистам в целом. Однако с этой системой были проблемы, примером которых является трансконтинентальная телеграфная линия, построенная в 1861 году компанией Western Union Company между Сент-Джозефом, штат Миссури , и Сакраменто, штат Калифорния . В сухую погоду заземляющее соединение часто развивало высокое сопротивление, требуя выливания воды на заземляющий стержень , чтобы телеграф работал или телефоны звонили.
В конце девятнадцатого века, когда телефония начала заменять телеграфию, было обнаружено, что токи в земле, вызванные энергосистемами, электрическими железными дорогами, другими телефонными и телеграфными цепями, а также естественными источниками, включая молнии, вызывали неприемлемые помехи для аудиосигналов, и двухпроводная или «металлическая» система была вновь введена около 1883 года. [3]
Системы распределения электроэнергии часто подключаются к заземлению, чтобы ограничить напряжение, которое может появиться в распределительных цепях. Распределительная система, изолированная от заземления, может достичь высокого потенциала из-за переходных напряжений, вызванных статическим электричеством или случайным контактом с цепями с более высоким потенциалом. Заземление системы рассеивает такие потенциалы и ограничивает рост напряжения заземленной системы.
В электропроводке сети переменного тока термин « заземляющий проводник » обычно относится к двум различным проводникам или системам проводников, перечисленным ниже:
Проводники соединения оборудования или заземляющие проводники оборудования (EGC) обеспечивают низкоомный путь между обычно не проводящими ток металлическими частями оборудования и одним из проводников источника этой электрической системы. Если какая-либо открытая металлическая часть оказывается под напряжением (неисправность), например, из-за изношенного или поврежденного изолятора, это создает короткое замыкание, заставляя устройство защиты от сверхтока (автоматический выключатель или предохранитель) размыкаться, устраняя (отключая) неисправность. Важно отметить, что это действие происходит независимо от того, есть ли соединение с физическим заземлением (землей); сама земля не играет никакой роли в этом процессе устранения неисправности [4] , поскольку ток должен вернуться к своему источнику; однако источники очень часто подключаются к физическому заземлению (земле). [5] (см. законы цепей Кирхгофа ). Связывая (соединяя) все открытые не проводящие ток металлические предметы вместе, а также с другими металлическими предметами, такими как трубы или конструкционная сталь, они должны оставаться около одного и того же потенциала напряжения, тем самым уменьшая вероятность удара током. Это особенно важно в ванных комнатах, где человек может контактировать с несколькими различными металлическими системами, такими как трубы подачи и слива и рамы приборов. Когда проводящая система должна быть электрически подключена к физическому заземлению (земле), он помещает соединительный проводник оборудования и проводник заземляющего электрода на один и тот же потенциал (например, см. §Металлическая водопроводная труба как заземляющий электрод ниже).
АПроводник заземляющего электрода (GEC) используется для подключения заземленного («нейтрального») проводника системы или оборудования к заземляющему электроду или точке на системе заземляющего электрода. Это называется «заземлением системы», и большинство электрических систем должны быть заземлены. NEC США иBS 7671перечисляют системы, которые должны быть заземлены. Согласно NEC, целью подключения электрической системы к физическому заземлению (земле) является ограничение напряжения, налагаемого молниями и контактом с линиями более высокого напряжения. В прошломводопроводныетрубы, но из-за более широкого использования пластиковых труб, которые являются плохими проводниками, регулирующие органы часто предписывают использование специального заземляющего электрода. Тот же тип заземления применяется к радиоантеннам и системам молниезащиты.
Постоянно установленное электрооборудование, если это не требуется, имеет постоянно подключенные заземляющие проводники. Переносные электроприборы с металлическими корпусами могут подключаться к заземлению с помощью штыря на вилке (см. Вилки и розетки переменного тока ). Размер заземляющих проводников питания обычно регулируется местными или национальными правилами электропроводки.
Строго говоря, термины «заземление» или «зануление» означают электрическое соединение с землей. Связывание — это практика намеренного электрического соединения металлических предметов, не предназначенных для передачи электричества. Это приводит все связанные предметы к одному и тому же электрическому потенциалу в качестве защиты от поражения электрическим током. Связанные предметы затем можно соединить с землей, чтобы исключить посторонние напряжения. [6]
В системах электроснабжения система заземления определяет электрический потенциал проводников относительно потенциала проводящей поверхности Земли. Выбор системы заземления имеет значение для безопасности и электромагнитной совместимости источника питания. Правила для систем заземления значительно различаются в разных странах.
Функциональное заземление служит не только для защиты от поражения электрическим током, поскольку такое соединение может проводить ток во время нормальной работы устройства. К таким устройствам относятся устройства подавления перенапряжения, фильтры электромагнитной совместимости, некоторые типы антенн и различные измерительные приборы. Обычно защитная система заземления также используется в качестве функционального заземления, хотя это требует осторожности.
Системы распределения электроэнергии могут быть заземлены наглухо, с одним проводником цепи, напрямую подключенным к системе заземляющего электрода. В качестве альтернативы между системой распределения и землей может быть подключено некоторое количество электрического сопротивления , чтобы ограничить ток, который может течь на землю. Сопротивление может быть резистором или индуктором (катушкой). В системе с высоким сопротивлением заземления ток замыкания ограничен несколькими амперами (точные значения зависят от класса напряжения системы); система с низким сопротивлением заземления позволит протекать нескольким сотням ампер при замыкании. Большая система распределения с глухим заземлением может иметь десятки тысяч ампер тока замыкания на землю.
В многофазной системе переменного тока мгновенная векторная сумма фаз равна нулю. Эта нейтральная точка обычно используется для привязки фазных напряжений к заземлению вместо подключения одного из фазных проводников к земле. Для этой цели может использоваться любой трансформатор, соединенный по схеме Δ-Y (треугольник-звезда). Трансформатор с девятью обмотками ( трансформатор «зигзаг» ) может использоваться для балансировки фазных токов источника, соединенного по схеме треугольника, с неуравновешенной нагрузкой.
Системы заземления с низким сопротивлением используют резистор заземления нейтрали (NGR) для ограничения тока короткого замыкания до 25 А или более. Системы заземления с низким сопротивлением будут иметь временной рейтинг (например, 10 секунд), который указывает, как долго резистор может выдерживать ток короткого замыкания до перегрева. Реле защиты от замыкания на землю должно отключать выключатель, чтобы защитить цепь до того, как произойдет перегрев резистора.
Системы заземления с высоким сопротивлением (HRG) используют NGR для ограничения тока короткого замыкания до 25 А или менее. Они имеют непрерывный номинал и предназначены для работы с одним замыканием на землю. Это означает, что система не будет немедленно отключена при первом замыкании на землю. Если происходит второе замыкание на землю, реле защиты от замыкания на землю должно отключить выключатель, чтобы защитить цепь. В системе HRG чувствительный резистор используется для постоянного контроля непрерывности системы. Если обнаружен обрыв цепи (например, из-за сломанного сварного шва на NGR), устройство контроля будет определять напряжение через чувствительный резистор и отключать выключатель. Без чувствительного резистора система может продолжать работать без защиты заземления (поскольку состояние обрыва цепи будет маскировать замыкание на землю), и могут возникнуть переходные перенапряжения. [7]
Если опасность поражения электрическим током высока, могут использоваться специальные незаземленные системы электропитания для минимизации возможного тока утечки на землю. Примерами таких установок являются помещения для ухода за пациентами в больницах, где медицинское оборудование напрямую подключено к пациенту и не должно допускать попадания тока от линии электропередач в тело пациента. Медицинские системы включают в себя устройства мониторинга, предупреждающие о любом увеличении тока утечки. На влажных строительных площадках или на верфях могут быть предусмотрены изолирующие трансформаторы, чтобы неисправность электроинструмента или его кабеля не подвергала пользователей опасности поражения электрическим током.
Цепи, используемые для питания чувствительного аудио-/видеооборудования или измерительных приборов, могут питаться от изолированной незаземленной технической системы электропитания, чтобы ограничить наводку помех от системы электропитания.
В однопроводных системах распределения электроэнергии переменного тока с возвратом через землю (SWER) затраты сокращаются за счет использования только одного высоковольтного проводника для электросети , при этом обратный ток переменного тока направляется через землю. Эта система в основном используется в сельской местности, где большие токи заземления в противном случае не будут представлять опасности.
Некоторые системы передачи электроэнергии постоянного тока высокого напряжения (HVDC) используют землю в качестве второго проводника. Это особенно распространено в схемах с подводными кабелями, поскольку морская вода является хорошим проводником. Для соединения с землей используются заглубленные заземляющие электроды. Место расположения этих электродов должно быть выбрано тщательно, чтобы предотвратить электрохимическую коррозию подземных сооружений.
Особой проблемой при проектировании электрических подстанций является повышение потенциала земли . Когда в землю вводятся очень большие токи короткого замыкания, область вокруг точки ввода может подняться до высокого потенциала по отношению к точкам, удаленным от нее. Это происходит из-за ограниченной конечной проводимости слоев почвы в земле подстанции. Градиент напряжения (изменение напряжения на расстоянии до точки ввода) может быть настолько высоким, что две точки на земле могут иметь существенно разные потенциалы. Этот градиент создает опасность для любого, кто стоит на земле в области электрической подстанции, которая недостаточно изолирована от земли. Трубы, рельсы или провода связи, входящие в подстанцию, могут иметь разные потенциалы земли внутри и снаружи подстанции, создавая опасное напряжение прикосновения для ничего не подозревающих людей, которые могут коснуться этих труб, рельсов или проводов. Эта проблема смягчается путем создания низкоомной плоскости эквипотенциального соединения, установленной в соответствии с IEEE 80 внутри подстанции. Эта плоскость устраняет градиенты напряжения и гарантирует, что любая неисправность будет устранена в течение трех циклов напряжения. [8]
Сигнальные заземления служат в качестве обратных путей для сигналов и питания (при сверхнизких напряжениях , менее 50 В) внутри оборудования и на сигнальных соединениях между оборудованием. Многие электронные конструкции имеют один обратный провод, который действует как опорный для всех сигналов. Силовые и сигнальные заземления часто соединяются, как правило, через металлический корпус оборудования. Проектировщики печатных плат должны позаботиться о компоновке электронных систем, чтобы мощные или быстро переключающиеся токи в одной части системы не вносили шум в низкоуровневые чувствительные части системы из-за некоторого общего импеданса в заземляющих дорожках компоновки.
Напряжение определяется как разность электрических потенциалов между точками в электрическом поле. Вольтметр используется для измерения разности потенциалов между некоторой точкой и удобной, но в остальном произвольной точкой отсчета. Эта общая точка отсчета обозначается как «земля» и обозначается как имеющая номинальный нулевой потенциал. Сигналы определяются относительно сигнальной земли , которая может быть подключена к силовой земле . Система, в которой системная земля не подключена к другой цепи или к земле (в которой все еще может быть связь по переменному току между этими цепями), часто называется плавающей землей и может соответствовать приборам класса 0 или класса II .
Некоторые устройства требуют подключения к массе земли для правильной работы, в отличие от любой чисто защитной роли. Такое подключение известно как функциональное заземление - например, некоторые длинноволновые антенные конструкции требуют функционального заземления, которое, как правило, не должно быть без разбора подключено к защитному заземлению источника питания, поскольку введение передаваемых радиочастот в электрическую распределительную сеть является как незаконным, так и потенциально опасным. Из-за этого разделения чисто функциональное заземление обычно не должно полагаться на выполнение защитной функции. Во избежание несчастных случаев такие функциональные заземления обычно прокладываются белым, кремовым или розовым кабелем, а не зеленым или зелено-желтым.
На телевизионных станциях, в студиях звукозаписи и других установках, где качество сигнала имеет решающее значение, часто устанавливается специальное сигнальное заземление, известное как «техническое заземление» (или «техническое заземление», «специальное заземление» и «аудиозаземление»), чтобы предотвратить образование контуров заземления . Это в основном то же самое, что и заземление переменного тока, но к нему не допускается подключение общих заземляющих проводов приборов, поскольку они могут переносить электрические помехи. Например, к техническому заземлению в студии звукозаписи подключается только аудиооборудование. [10] В большинстве случаев все металлические стойки студийного оборудования соединены толстыми медными кабелями (или сплющенными медными трубками или шинами ), и аналогичные соединения выполнены с техническим заземлением. Особое внимание уделяется тому, чтобы на стойках не размещались приборы с общим заземлением шасси, поскольку одно соединение заземления переменного тока с техническим заземлением разрушит его эффективность. Для особо требовательных приложений основное техническое заземление может состоять из тяжелой медной трубы, при необходимости установленной путем сверления нескольких бетонных полов, так что все технические заземления могут быть подключены кратчайшим путем к заземляющему стержню в подвале.
Определенные типы радиоантенн (или их фидеров ) требуют подключения к заземлению, которое адекватно функционирует на радиочастотах . Требуемый калибр системы заземления называется радиочастотным заземлением . [11] [12] В общем, радиопередатчик, его источник питания и его антенна потребуют три функционально различных заземления:
Хотя некоторые из этих заземлений могут быть объединены и должны быть подключены только в одной точке, в этом разделе рассматривается только последний тип заземления. Заземление от молнии (1) рассматривается в следующем разделе, а не здесь. Заземление электробезопасности (2) обсуждалось в предыдущих разделах и не подходит для радиоцелей, хотя и необходимо для электропитания. Тема этого раздела — заземление радиочастот (3).
Поскольку радиочастоты тока в антеннах намного выше частоты 50 или 60 Гц линии электропередачи, системы радиозаземления используют иные принципы, чем заземление переменного тока . [12] Провода защитного заземления «защитного заземления» (PE) в электропроводке зданий коммунальных служб переменного тока не были разработаны и не могут использоваться в качестве адекватной замены для заземления по радиочастоте . Длинные провода заземления по сети имеют высокое сопротивление на определенных частотах. В случае передатчика ток радиочастоты, протекающий по проводам заземления, может излучать радиочастотные помехи и индуцировать опасные напряжения на заземленных металлических частях других приборов, поэтому используются отдельные системы заземления. [12]
Монопольные антенны, работающие на более низких частотах, ниже 20 МГц, используют поверхность Земли как часть антенны, как проводящую плоскость для отражения радиоволн и обеспечения обратного пути для электрических полей, распространяющихся от антенны. Монополи включают в себя мачтовый излучатель, используемый радиостанциями AM , а также антенну «Т» и перевернутую «Г» и зонтичную антенну . Линия питания от передатчика подключается между антенной и землей, поэтому требуется система заземления под антенной, чтобы контактировать с почвой для сбора обратного тока. Система заземления также функционирует как пластина конденсатора , чтобы принимать ток смещения от антенны и возвращать его на заземляющую сторону линии питания передатчика, поэтому ее предпочтительно располагать непосредственно под антенной. В приемниках и малоэффективных / маломощных передатчиках заземление может быть таким же простым, как один или несколько металлических стержней или кольев, вбитых в почву, или электрическое соединение с металлическим водопроводным трубопроводом здания, который уходит в землю. [12] Однако в передающих антеннах система заземления несет полный выходной ток передатчика, поэтому сопротивление недостаточного контакта с землей может стать причиной значительной потери мощности передатчика.
Передатчики средней и высокой мощности обычно имеют обширную систему заземления, состоящую из неизолированных медных кабелей, зарытых в землю под антенной, для снижения сопротивления. [13] Поскольку для всенаправленных антенн, используемых в этих диапазонах, токи земли распространяются радиально к точке заземления со всех направлений, система заземления обычно состоит из радиальной схемы зарытых кабелей, простирающихся наружу под антенной во всех направлениях, соединенных вместе с заземляющей стороной линии питания передатчика на клемме рядом с основанием антенны [11] [14], называемой радиальной системой заземления .
Мощность передатчика, теряемая в сопротивлении грунта, и, следовательно, эффективность антенны, зависят от проводимости почвы. Она сильно варьируется; болотистая почва или пруды, особенно соленая вода, обеспечивают наименьшее сопротивление грунта, в то время как сухая каменистая или песчаная почва - наивысшее. Потеря мощности на квадратный метр в грунте пропорциональна квадрату плотности тока передатчика, текущего в земле. Плотность тока и рассеиваемая мощность увеличиваются по мере приближения к заземляющему выводу у основания антенны [14] , поэтому радиальную систему заземления можно рассматривать как обеспечивающую среду с более высокой проводимостью, медь, для протекания тока грунта в частях грунта, несущих высокую плотность тока, для снижения потерь мощности.
Стандартная система заземления, широко используемая для антенн вещания с мачтовыми излучателями , работающих в диапазонах СЧ и НЧ, состоит из 120 равномерно расположенных, зарытых, радиальных заземляющих проводов, простирающихся на четверть длины волны ( или 90 электрических градусов [b] ) от основания антенны. [12] [11] [14] [15] Обычно используется мягкотянутый медный провод AWG 8 - AWG 10, зарытый на глубину 4-10 дюймов. [14] Для антенн вещания диапазона AM требуется круглая площадь земли, простирающаяся от мачты на 47-136 метров (154-446 футов). Обычно она засажена травой, которую держат коротко подстриженной, так как высокая трава может увеличить потери мощности при определенных обстоятельствах. Если доступная площадь земли слишком ограничена для таких длинных радиальных линий, во многих случаях их можно адекватно заменить большим количеством более коротких радиальных линий или меньшим количеством более длинных радиальных линий. [13] [11]
В передающих антеннах второй причиной потерь мощности являются диэлектрические потери мощности электрического поля ( ток смещения ) антенны, проходящего через землю, чтобы достичь заземляющих проводов. [15] Для антенн, близких к полуволновой высоте (180 электрических градусов [b] ), антенна имеет максимум напряжения ( пучность ) около своего основания, что приводит к сильным электрическим полям в земле над заземляющими проводами около мачты, где ток смещения входит в землю. Чтобы уменьшить эти потери, эти антенны часто используют проводящий медный заземляющий экран под антенной, подключенный к закопанным заземляющим проводам, либо лежащим на земле, либо приподнятым на несколько футов, чтобы защитить землю от электрического поля.
В некоторых случаях, когда каменистая или песчаная почва имеет слишком высокое сопротивление для заглубленного грунта, используется противовес . [11] Это радиальная сеть проводов, похожая на ту, что используется в системе заглубленного грунта, но лежащая на поверхности или подвешенная на высоте нескольких футов над землей. Она действует как пластина конденсатора , емкостно связывая линию питания с проводящими слоями почвы.
На более низких частотах сопротивление заземляющей системы является более критическим фактором из-за малого сопротивления излучения антенны. В диапазонах LF и VLF ограничения по высоте конструкции требуют использования электрически коротких антенн, короче основной резонансной длины одной четверти длины волны ( ). Четвертьволновый монополь имеет сопротивление излучения около 25~36 Ом , но ниже сопротивление уменьшается пропорционально квадрату отношения высоты к длине волны. Мощность, подаваемая на антенну, делится между сопротивлением излучения, которое представляет собой мощность, излучаемую в виде радиоволн, желаемую функцию антенны, и омическим сопротивлением заземляющей системы, что приводит к потере мощности в виде тепла. По мере того, как длина волны становится больше по отношению к высоте антенны, сопротивление излучения антенны уменьшается, поэтому сопротивление заземления составляет большую долю входного сопротивления антенны и потребляет больше мощности передатчика. Антенны в диапазоне ОНЧ часто имеют сопротивление менее 1 Ом , и даже при использовании систем заземления с чрезвычайно низким сопротивлением от 50% до 90% мощности передатчика может теряться в системе заземления. [12]
Системы молниезащиты предназначены для смягчения последствий молнии посредством подключения к обширным системам заземления, которые обеспечивают большую площадь поверхности соединения с землей. Большая площадь необходима для рассеивания высокого тока удара молнии без повреждения проводников системы избыточным теплом. Поскольку удары молнии представляют собой импульсы энергии с очень высокочастотными компонентами, системы заземления для молниезащиты, как правило, используют короткие прямые участки проводников для снижения самоиндукции и скин -эффекта .
На электрической подстанции заземляющий мат представляет собой сетку из проводящего материала, устанавливаемую в местах, где человек может находиться, чтобы управлять выключателем или другим устройством; он прикреплен к местной опорной металлической конструкции и к рукоятке распределительного устройства, так что оператор не будет подвергаться воздействию высокого дифференциального напряжения из-за неисправности на подстанции.
Вблизи электростатических чувствительных устройств используется заземляющий коврик или заземляющий коврик для заземления статического электричества, генерируемого людьми и движущимся оборудованием. [16] Для контроля статического электричества используются два типа ковриков: рассеивающие статическое электричество коврики и проводящие коврики.
Мат, рассеивающий статическое электричество, который лежит на проводящей поверхности (обычно в случае военных объектов), обычно изготавливается из 3 слоев (3-слойный) со слоями винила, рассеивающего статическое электричество, окружающими проводящую подложку, которая электрически присоединена к земле (земле). Для коммерческого использования традиционно используются маты из резины, рассеивающей статическое электричество, которые изготавливаются из 2 слоев (2-слойные) с прочным, устойчивым к пайке верхним слоем, рассеивающим статическое электричество, который делает их более долговечными, чем виниловые маты, и нижним слоем из проводящей резины . Проводящие маты изготавливаются из углерода и используются только на полу с целью как можно быстрее отводить статическое электричество в землю. Обычно проводящие маты изготавливаются с амортизацией для стояния и называются «противоусталостными» матами.
Для надежного заземления антистатического мата его необходимо прикрепить к заземлению. Обычно и мат, и браслет подключаются к заземлению с помощью общей точки заземления (CPGS). [17]
В мастерских по ремонту компьютеров и на производстве электроники рабочие должны быть заземлены перед работой с устройствами, чувствительными к напряжениям, которые могут быть созданы людьми. По этой причине антистатические маты могут использоваться и используются на сборочных производственных площадках в качестве «напольных бегунов» вдоль сборочной линии для отвода статического электричества, создаваемого ходьбой людей.
Изоляция — это механизм, который отменяет заземление. Он часто используется с маломощными потребительскими устройствами, а также когда инженеры, любители или ремонтники работают с цепями, которые обычно работают с использованием напряжения линии электропередачи. Изоляция может быть достигнута путем простого размещения трансформатора с "коэффициентом 1:1" с равным количеством витков между устройством и обычной сетью электропитания, но применима к любому типу трансформатора, использующему две или более катушек, электрически изолированных друг от друга.
Для изолированного устройства прикосновение к одному проводнику под напряжением не вызывает сильного удара током, поскольку нет пути обратно к другому проводнику через землю. Однако удары током и поражение электрическим током все равно могут произойти, если оба полюса трансформатора соприкасаются с голой кожей. Ранее предлагалось, чтобы ремонтники «работали, держа одну руку за спиной», чтобы избежать прикосновения к двум частям проверяемого устройства одновременно, тем самым предотвращая прохождение тока через грудную клетку и прерывание сердечного ритма или остановку сердца . [18]
Обычно каждый трансформатор линии электропередачи переменного тока действует как изолирующий трансформатор, и каждый шаг вверх или вниз имеет потенциал для формирования изолированной цепи. Однако эта изоляция не позволит неисправным устройствам перегореть предохранителям при замыкании на их заземляющий провод. Изоляция, которую может создать каждый трансформатор, сводится на нет, если всегда заземлять одну ножку трансформатора, по обе стороны входной и выходной катушек трансформатора. Линии электропередач также обычно заземляют один определенный провод на каждом полюсе, чтобы обеспечить выравнивание тока от полюса к полюсу, если происходит замыкание на землю.
В прошлом заземленные приборы проектировались с внутренней изоляцией до такой степени, что допускалось простое отключение заземления с помощью обманных вилок без видимых проблем (опасная практика, поскольку безопасность полученного плавающего оборудования зависит от изоляции в его силовом трансформаторе). Однако современные приборы часто включают модули ввода питания , которые спроектированы с преднамеренной емкостной связью между линиями питания переменного тока и шасси для подавления электромагнитных помех. Это приводит к значительному току утечки от линий питания на землю. Если заземление отключено обманной вилкой или случайно, результирующий ток утечки может вызвать легкие удары, даже без какой-либо неисправности в оборудовании. [19] Даже небольшие токи утечки представляют собой серьезную проблему в медицинских учреждениях, поскольку случайное отключение заземления может привести к попаданию этих токов в чувствительные части человеческого тела. В результате медицинские источники питания проектируются с низкой емкостью. [20]
Устройства и источники питания класса II (например, зарядные устройства для мобильных телефонов) не обеспечивают заземления и разработаны для изоляции выхода от входа. Безопасность обеспечивается двойной изоляцией, поэтому для поражения электрическим током требуется два нарушения изоляции.
«Наконец-то», — сказал довольный менеджер [Джей Джей Карти, Бостон, Массачусетс], — «у нас есть совершенно тихая линия».
