Почему домовладельцев не убивало током, когда приборы заземлялись через нейтраль?

В распределительной системе США используется нейтральный проводник, который заземляется на входе в распределительный щит каждого дома/здания. Нейтральный и заземляющий проводники физически и электрически соединены на главном входе в распределительный щит и привязаны к реальному заземлению с помощью стержней и/или металлических водопроводных труб.

Устройства, которые обычно «заземлялись через нейтраль», были исключительно первичными потребителями на 240 В. В американской системе эти потребители питаются от двух фазных проводников, каждый из которых находится на расстоянии 120 В (в противоположных направлениях) от земли/нейтрали. По нейтральному проводнику от одной из этих нагрузок ток не проходит (как правило, они даже не подключены к нему). Если в этих устройствах и использовалось напряжение 120 В, то это была незначительная нагрузка, например двигатель часов. Однако нейтральный провод был рассчитан на номинальную нагрузку прибора: 30 А для обычной сушильной машины, 50 А для обычной плиты. Таким образом, любая нагрузка на 120 В, из-за которой в нейтральном проводе возникал бы ток, приводила бы к возникновению небольшого тока в большом проводе, заземлённом на дальнем конце. Таким образом, на нейтральном проводе никогда не возникало бы заметного напряжения.

Переход на 4-проводную систему с отдельным заземляющим проводом, в частности, не означает, что все ваши старые устройства нужно выбросить и заменить, потому что они опасны и их нельзя использовать. Новые устройства должны соответствовать новому стандарту. Насколько «реальным» может быть «повышение безопасности», честно говоря, вопрос спорный; но этот спор в некоторой степени бессмыслен (переход на 4-проводную систему уже состоялся) и, вероятно, не относится к теме.

В целом, даже на токоведущей нейтрали в полностью нагруженной цепи напряжением 120 В не должно быть достаточного напряжения относительно земли, чтобы вызвать поражение электрическим током. Провода правильного сечения должны ограничивать общее падение напряжения в проводке до 3 %, или 3,6 В, половина из которых снижает напряжение на фазах, а другая половина (1,8 В) проявляется в виде разницы между нейтралью и землёй.

Корпус прибора не «проводит» ток, потому что ток течёт между двумя точками с разным напряжением. Однако заземлённый объект имеет тот же потенциал напряжения, что и то, к чему он подключён. Проще говоря, ток может выйти из корпуса прибора (например, из рамы плиты) только в том случае, если он войдёт в раму плиты из другого источника с более высоким потенциалом. Поскольку (будем надеяться) плита не подключена к чему-то «горячему» (то есть к источнику с высоким потенциалом относительно земли), ток через раму не пройдёт. Представьте себе птиц на линии электропередачи... хотя они и подключены к источнику с высоким потенциалом, они не подключены ни к чему другому, поэтому ток не проходит. В примере с плитой рама подключена к нейтрали (которая на панели подключена к земле) и находится под напряжением 0 В. Пока к плите не прикоснётся что-то с более высоким потенциалом — будь то провод под напряжением или человек в свитере, — ток не будет течь. В последнем случае будет течь только кратковременный ток, пока человек не достигнет того же потенциала, что и плита.

Дело не столько в «пути наименьшего сопротивления», сколько в том, что току, поступающему в плиту по нейтральному проводу, больше некуда деваться. Плита ничем не отличается от птицы на проводе, и точно так же, как через птиц не проходит ток (независимо от того, сколько тока проходит через сам провод), через плиту не проходит ток.

Причина, по которой заземляющий провод теперь отдельный, заключается в том, что в некоторых случаях нейтральный провод может иметь другой потенциал относительно земли (то есть между нейтральным проводом и человеком, стоящим на земле, есть разница в напряжении). В этом случае ток будет течь от высокого потенциала к низкому (от заряженной нейтральной линии к человеку, который прикасается к плите), как если бы человек коснулся любого другого проводника под высоким напряжением. В современной электропроводке отдельный заземляющий провод будет преимущественно «отводить» любые блуждающие токи от пользователей по принципу «наименьшего сопротивления».

Чтобы разобраться в этом, нужно немного пораскинуть мозгами, но, надеюсь, я не запутал вас ещё больше!