Pourquoi le neutre de main est-il lié à la terre?

Mon père est électricien et moi-même, je suis un ingénieur en conception électronique. À ce jour, il n'a toujours pas été en mesure de me donner une bonne raison à cela.

Considérez les deux images / situations suivantes - le même cas, mais avec le neutre non lié à la terre dans la seconde. Toutes mes excuses pour les mauvais diagrammes, mais imaginez-vous qu'ils fourrent une fourchette dans un bouchon / couteau dans un grille-pain / etc. afin de toucher actif.

Sur la première image, la personne subit un choc électrique. Cas classique. En effet, il existe une différence de 240 VCA entre la main de la personne et la terre à ses pieds. Le point clé à noter ici est que c’est la différence de 240 VCA qui a provoqué le choc.

Dans la deuxième image, la personne touche à nouveau le fil actif. Cependant, comme la terre n'est pas liée au neutre, il n'y a pas de différence de 240 VAC garantie. Aucun. Comme si vous ne branchez qu’une extrémité de la batterie à une lumière, cette situation n’a pas de circuit fermé. Ainsi, la seule façon de recevoir un choc est si une personne est tenue active et neutre en même temps - ce que vous devriez essayer de vous tuer si vous le faisiez d'une manière ou d'une autre (c'est-à-dire que la plupart des chocs électriques sont causés par des chocs actifs). -> potentiel de la terre, pas actif -> neutre - et le fait de relier le neutre à la terre ne fait rien pour empêcher les chocs de potentiel actifs -> neutres).

Oui, la terre pourrait flotter et pourrait représenter "n'importe quel potentiel", et il est agréable de la relier au neutre dans les centrales électriques, aux prises de transformateurs et à l'extérieur de notre maison avec un piquet de terre, de sorte "nous savons" quel potentiel elle représente. à. Mais vous pourriez soutenir que cela pourrait représenter un potentiel dangereux pour toute alimentation électrique isolée. Donc, je ne pense pas que ce soit un argument solide et la seule raison. De plus, les transformateurs / alimentations isolés sont parfois utilisés dans le seul but de protéger des chocs - alors pourquoi ne pas simplement isoler la Terre de notre réseau électrique? Haha.

Bien évidemment, la mise à la terre du châssis ne serait plus nécessaire non plus si le neutre n'était pas lié à la terre - car toucher le boîtier en métal ne serait pas dangereux si, pour une raison quelconque, l'appareil devenait sous tension (comme dans la situation 2).

TL; DR: la seule raison pour laquelle nous relions la terre au neutre afin de savoir que le sol sous nous est 0V par rapport à actif? Ou y a-t-il une autre raison?

Il y a quatre raisons pour fonder le neutre.

1. Le neutre de mise à la terre fournit une référence commune pour tout ce qui est branché sur le système d'alimentation. Cela rend les connexions entre périphériques sûres (r).

2. Sans terre, l'électricité statique va s'accumuler au point de provoquer des arcs électriques dans l'appareillage de commutation, entraînant une perte importante d'énergie transmise, une surchauffe, des incendies, etc.

3. Avec un système flottant, il est possible d'avoir un court-circuit entre les systèmes internes et les systèmes voisins via le chemin de terre, comme indiqué ci-dessous. Allumer une lumière dans votre maison peut aussi l’allumer dans la maison de votre voisin. Cette caractéristique est hautement imprévisible.

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

4. Enfin, en donnant à la terre un chemin de retour au neutre, un châssis court-circuitant à la terre d'un appareil provoque un résultat prévisible en termes de réponse d'un fusible ou d'un disjoncteur. Ceci fournit une grande partie de la protection préventive à l'utilisateur.

En résumé

Dans un modèle simple, il semble que ne pas rattacher le sol au neutre serait plus sûr. Cependant, en réalité, dans un système d'alimentation distribué, rien ne le garantit, car vous ne pouvez pas savoir s'il existe un autre chemin de retour vers le transformateur via un autre chemin. C'est-à-dire qu'au point 3 ci-dessus, vous pouvez être électrocuté autant que si votre neutre était mis à la terre.

En fin de compte, les autres avantages de relier le terrain à la neutralité l'emportent sur le bénéfice d'isolement possible, mais peu fiable.

REMARQUE: À partir du point 4, vous devez changer de paradigme dans la manière de penser à la connexion neutre-terre. Ne pensez pas au neutre connecté à la terre, mais pensez plutôt à la mise à la terre du neutre pour permettre au courant d’un court-circuit à la terre de revenir au transformateur.

Ce dont vous parlez est un système isolé . J'ai un long traité à ce sujet ici . Dans un système isolé, "le premier défaut à la terre est libre" (et devient la liaison neutre-terre). C'est l'idée que vous promouvez.

Le problème est le deuxième. Sauf si le personnel de maintenance effectue activement des tests d'isolation, recherche et élimine ce premier défaut à la terre, le système échouera en silence, sans être détecté et restera en attente . Donc, vous êtes de retour dans la même situation , mais à présent, vous ne savez pas si chaud ou neutre sera mortel pour vous aujourd'hui.

Il est également erroné que vous ayez découvert un cas d'utilisation où votre idée soit meilleure, mais vous ne tenez pas compte de tous les autres cas d'utilisation. La NFPA le fait, et les considère tous comme un équilibre, et développe des meilleures pratiques qui sauveront le plus de vies et de maisons. C’est littéralement leur travail, étant la National Fire Prevention Association.

De plus, un système isolé ne fonctionne que si vous avez votre propre transformateur, car tout le système doit être soumis à une maintenance commune afin que vous puissiez être sûr qu'il reste isolé. J'ai le luxe d'avoir mon propre transformateur. Je l'ai fait fonctionner comme un "système isolé" par accident (mauvaise liaison neutre-terre). Le "premier défaut à la terre" a en effet échoué en silence et m'a pris au dépourvu. J'ai découvert cela après avoir mis un circuit hors tension et débranché les fils d'une prise. J'ai flashé à la terre juste pour m'assurer que le circuit était éteint, et cela a rallumé le circuit! Quoi??? Il s'avère que sur un circuit non lié, chaud avait mis à la terre. La terre était à 120 V du neutre partout dans le systèmemême sur des circuits éteints! C'est super mauvais et c'est le genre de bêtises qui se produit sur des systèmes isolés qui ne sont pas entretenus de manière compétente. Faute de silence, c'est MAUVAIS.

Je dirai ceci: il s’agissait d’un bon test de validation du travail précédent, qui consistait à recâbler complètement un site qui présentait des dizaines de défauts graves.

Sur un réseau informatique , où les deux lignes du socket sont actives, le GFCI ne fonctionnerait pas avec un seul défaut .
Ce qui présente des avantages dans certains systèmes à haute continuité (par exemple: les salles d’opération), une seule défaillance ne coupe pas tout.
Mais vous devrez surveiller activement les défauts simples en utilisant le contrôle d'isolement .

Au lieu de cela, nous mettons à la terre le neutre de sorte que même sur un seul défaut les mécanismes de protection fonctionnent. Nous appelons cela un réseau TT .

Cela n'a rien à voir avec la sécurité tactile. SELV (très basse tension de sécurité 42V) est destiné aux zones humides et à la sécurité au toucher.

Comme Neil l'a fait remarquer, la situation dans son ensemble est que vous faites partie d'un grand réseau d'électricité et que, s'il n'était pas mis à la terre quelque part, le foutu projet flotterait très haut - peut-être jusqu'à un volt de foudre.

Votre deuxième question "Ne serait-il pas plus sûr de la laisser flotter" devient une question très intéressante lorsque vous avez un système d'énergie solaire local et non connecté. Les règles électriques (ici) vous obligent à mettre à la terre N, mais en réalité, cela ne fait que rendre la question plus sûre.

C’est un sujet sur lequel nous (l'installation de l'énergie solaire) avons longuement discuté sans parvenir à une bonne conclusion.

Dans le laboratoire de télévision, nous avons prescrit l’utilisation d’un transformateur d’isolation pour séparer galvaniquement notre appareil à tester du secteur. Cela a permis au téléviseur de se toucher en toute sécurité, d'une seule main. Le téléviseur a également été testé en toute sécurité, c'est-à-dire pour connecter la masse de votre oscilloscope au circuit. Mais lorsque vous connectez un oscilloscope relié à la terre à un circuit flottant, il redevient terre et, en principe, dangereux au toucher!

Pour en venir au fait, nous avions une loi qui interdisait de connecter une barrette d’alimentation à un transformateur d’isolation. Utilisez un transformateur par appareil. Sinon, il devient trop facile de toucher deux appareils et de découvrir à la dure qu’un est «chaud» par rapport à l’autre. Vous ne pouvez pas séparer galvaniquement un bâtiment entier et vous attendre à ce que le circuit reste flottant et sûr.

Outre la mise à la terre par inadvertance via un dispositif, il existe également un courant de fuite vers la terre, via des condensateurs. Votre ordinateur dispose d’une alimentation séparée galvaniquement, vous pouvez donc le toucher en toute sécurité. Mais il y a un C entre la terre primaire et le secondaire pour court-circuiter l'EMI du SMPS. Si la masse n'est pas connectée et que vous touchez le boîtier, le courant de 50-60 Hz à travers ce C (et le C du transformateur) vous donne un picotement. Connectez 10 appareils de ce type avec 10 C ensemble sans mettre explicitement à la terre aucun d'entre eux et ce picotement devient un choc. C'est pourquoi vous devriez utiliser une prise avec terre pour les appareils électroniques modernes. [edit: ajout du schéma à partir d'un autre thread Henry Crun]

La raison principale est de faire sauter les fusibles de protection pour s'assurer que le courant de défaut est suffisant à cette fin. Cependant, cela permet également de limiter les excursions de tension dans une distribution triphasée.

Vivre au sol est une faute commune. Sans neutre relié à la terre, aucun courant significatif ne circulerait pour faire sauter le fusible et déconnecter le courant.

Considérons un transformateur de distribution locale triphasé, 240v phase à N, 415v entre phases. Si un défaut direct à la terre mettait à la terre la phase rouge, alors N deviendrait 240v à la terre et les phases bleue et jaune deviendraient 415v à la terre, ce qui imposerait une contrainte supplémentaire à l'isolation dans toutes les autres propriétés en prenant leur alimentation monophasée du même transformateur. .

Réponse en un mot: Prévisibilité.

Parfois, il vaut mieux qu'un réseau soit prévisible que "parfois" ou "généralement" plus sûr / moins cher / mieux d'une autre manière. La prévisibilité permet une sécurité / efficacité / efficacité globale , car elle simplifie l’utilisation du réseau et la conception des éléments qui y sont branchés. Vous résolvez les problèmes une fois, au lieu de chaque implémentation.

Ici en Australie, nous avons ce qu'on appelle un système MEN. Multiple Earth Neutral, le CEI décrit le système MEN comme un système TN-CS (Terra Neutral Combined Seperate), ce qui est une façon élégante de dire. le neutre et le conducteur de terre sont fonctionnellement et physiquement le même conducteur entre le point étoile du transformateur de distribution et le point d'alimentation, qui sera chez le consommateur.

C'est au point d'alimentation que le conducteur combiné se sépare en deux conducteurs physiques, le neutre et la terre. La borne de mise à la terre principale est ensuite connectée à la masse plus grande de la terre via le conducteur de mise à la terre principal et un piquet de terre. Ce processus est répété à chaque propriété et fait donc partie d'un système appelé système PME (Protective Multiple Earth).

Si le système PME est simple, plus vous vous éloignez du transformateur, plus le potentiel du conducteur neutre augmente par rapport à la terre. Le système PME permet à la hausse de tension de s’abattre sur la terre à chaque propriété et maintient ainsi la tension neutre à un niveau bas. En maintenant la tension neutre au plus près du potentiel de la terre, on obtient une bonne tension de référence et un moyen d'atténuer les différences de tension apparaissant entre les parties conductrices exposées de l'équipement et les parties conductrices parasites par liaison équipotentielle.

La présence d'un conducteur de mise à la terre permet la coupure automatique de l'alimentation en cas de court-circuit à la terre, causée par le courant de défaut, sur un trajet à basse impédance suffisant pour faire fonctionner le dispositif de protection de circuit.

Le courant de défaut veut toujours retrouver son chemin vers l’origine (le transformateur).

Donc, pour répondre à votre question; La mise à la terre est en réalité une partie très complexe de tout système de distribution et fait partie intégrante des dispositifs de protection en leur permettant de fonctionner comme ils ont été conçus. Le conducteur de terre n'a pas assez de crédit pour ce qu'il fait !!!

Ce pôle d’alimentation situé à l’extérieur de chez moi montre l’avantage de mettre le fil neutre à la terre. Le fil sous tension est situé par lui-même à l'emplacement le plus élevé et le plus sûr, tandis que le fil neutre est plus bas sur le poteau.

Le point essentiel des dispositifs de mise à la terre est que si (de façon réaliste quand) il y a un court-circuit à une partie, vous pouvez toucher un circuit, le courant circule rapidement pendant une très courte période, puis la protection contre les surintensités sur les déclenchements de branche alertant un spectateur qu'il y a un problème. Le neutre est lié à la terre pour que le danger potentiel d'un court-circuit puisse être détecté et protégé. Je pense qu'un meilleur exemple de l'importance est un grille-pain qui coupe l'alimentation de son châssis. S'il est mis à la terre, le disjoncteur se déclenche à chaque fois que vous branchez le grille-pain et que vous le réparez ou en changez un. Si le grille-pain n'est pas mis à la terre, le potentiel d'alimentation est au niveau du châssis du grille-pain et attend que vous complétiez le circuit (le toucher du grille-pain d'une main et l'évier de l'autre). La deuxième situation vous laisse en grand danger. Si la prise n'est pas protégée par un GFCI, plusieurs ampères peuvent vous traverser pendant plusieurs ms avant le déclenchement d'un disjoncteur magnétique traditionnel. C'est plus qu'assez pour faire des dégâts sérieux et / ou tuer en fonction du chemin. Si le neutre n'est pas lié à la terre, il n'y a aucune certitude qu'un court-circuit déclenche la protection contre les surintensités.