Как работает «заземление» электричества?

Заземлить что-либо означает сбросить поток электронов в землю. Поскольку Земля такая большая, она может поглощать/отдавать практически бесконечное количество заряда без изменения потенциала, это означает, что вы можете рассматривать Землю как резервуар готовых к использованию электронов.

Если вы подключите фазу вашей домашней линии электропередачи к земле (без предохранительных устройств посередине), вы фактически сбросите электроны в землю. (На самом деле, поскольку мы используем переменный ток, вы постоянно сбрасываете и забираете электроны 50 раз в секунду).

Примечание: другой провод ЛЭП, идущий к вашему дому, подключается к земле в ближайшем распределительном узле.

Здесь говорится о двух видах «земли». Есть:

1. Тот, который стремится использовать саму землю как «обратный путь»; и
2. Защитная «земля», которая фактически представляет собой отдельную проводящую линию, проложенную по всему зданию.

Для «обратного пути» земли 1. есть несколько способов, которыми это будет работать:

1. Существует фактическая проводимость (т. е. дрейф заряда, подобного ионам) через воду и растворенные ионы в земле, и этот эффект иногда (хотя и редко) используется для уменьшения количества инфраструктуры, необходимой в отдаленных районах для подачи сетевого питания в редко расположенные здания. . Как вы понимаете, его эффективность сильно зависит от уровня грунтовых вод, так что это далеко не идеально. Подробности см. на странице Wiki, посвященной возврату заземления с одним проводом .

2. Существует «путь возврата тока смещения», как описано в ответе Корнута , к которому я добавлю еще немного. Как я подробно рассказываю здесь , на самом деле не нужен обратный путь, чтобы электрическая «цепь» работала. Мы можем добавить некоторые цифры, чтобы конкретизировать ответ Корнута : представьте, что ваши «земные» связи вместо этого представляют собой большие проводящие сферы, которые накапливают заряд, как на моем рисунке ниже.

Вы можете легко выполнить расчеты по закону Гаусса для далеко расположенных сфер, чтобы показать, что разница потенциалов между ними, когда одна из них «накачана» положительным зарядом$+Q$а другой с отрицательным зарядом$-Q$способом, описанным Корнутом в его ответе, является:

где$R$- радиус сфер (предполагается одинаковым), так что приведенное выше электрически выглядит как «цепь» со сферами, замененными конденсатором ценности$2\,\pi\,\epsilon_0\,R$. Итак, в$50\mathrm{Hz}$, скажем, со сферами радиусом в один метр импеданс$(i\,\omega\,C)^{-1}$будет иметь величину$(100\,\pi\,\epsilon_0)^{-1} = 360\mathrm{M\Omega}$поэтому вам понадобятся очень большие сферы или высокие частоты, чтобы приведенная выше схема зажгла лампочку. Даже в$1000\mathrm{km}$радиус, фигура$360\Omega$.

В прошлом существовало несколько действительно причудливых однолинейных систем передачи электроэнергии, где одна линия работает как волновод и не нуждается в обратном пути. Подробнее см. Вики-страницу линии Губо .

Теперь обсудим понятие защитной земли . В домашнем электроснабжении одна сторона источника («нейтраль») «привязана» к тому же потенциалу, что и цепь защитного заземления.. Этот последний представляет собой просто систему проводников, проходящих через третий контакт «Земля» в розетке, который привязывает любую проводящую поверхность электрического прибора к одной стороне источника питания. Другая сторона питания называется «активной». Если в приборе возникает неисправность, при которой активный элемент касается токопроводящего корпуса прибора (скажем, тостера), возникает опасная ситуация, поскольку любой, кто прикоснется к прибору, может получить удар электрическим током. Однако, если корпус подключен к цепи защитного заземления, имеется резервный путь обратно к нейтрали источника питания. Это приводит к сильному току в резервной цепи и, возможно, к перегоранию предохранителя (в резервной цепи защитного заземления есть предохранитель, который перегорает при очень слабом токе).

Более современный и безопасный способ добиться этой защиты — защита от утечки на землю, о которой я рассказываю в этом ответе здесь .

На самом деле, по моему мнению, это шокирует, но незначительно. Если вы отдаете высокую энергию и пытаетесь установить контакт с землей, она нейтрализуется, отдавая вам немного. Причина в том, что если есть хороший проводник, подобный телу, он проходит через тело, отличное от земли.
Просто возьмите молниеносное приложение и подумайте об этом.