كيف يعمل قابس 3 دبابيس؟

في أمريكا الشمالية ، يشير قابس الجهاز الذي يحتوي على ثلاثة دبابيس إلى أن الجهاز مصمم للتأريض. التأريض هو وظيفة توصيل 3 سنون باختصار ، ولكن ماذا يعني ذلك في الواقع؟

من المحتمل أنك سمعت أنها ميزة أمان مضمنة في الدوائر السكنية ، ولكن إذا كان التأريض مهمًا جدًا للسلامة ، فلماذا تأتي بعض الأجهزة الجديدة مع مقابس ثنائية السنون بدلاً من 3 دبوس؟ تنبيه المفسد: حقيقة أن الدبابيس بأحجام مختلفة توفر دليلًا على إجابة هذا السؤال.

تغيرت الأوعية بشكل كبير منذ أن قدم هارفي هابل أول منفذ قابل للفصل في عام 1903. قبل ذلك ، لم تكن هناك طريقة عملية لتوصيل وفصل مصباح أو جهاز مؤقتًا عن دائرة كهربائية. تحول مخرج هابل تدريجيًا إلى مخرج NEMA 5-15 ، وهو عبارة عن مجموعة قياسية مكونة من 3 قابس ومخرج مستخدمة اليوم لدوائر 120 فولت.

تم تصميم المنافذ والمفاتيح وقواعد المصابيح والأجهزة الشائعة الأخرى لدوائر التيار المتردد لأن جميع الأجهزة السكنية و تأتي القوة التجارية في أمريكا الشمالية - وكذلك في كل جزء آخر من العالم - من الاستقراء مولدات كهرباء. تتميز طاقة التيار المتردد بخصائص مختلفة عن طاقة التيار المستمر ، وقد سادت منذ يوم إتقان المصباح الكهربائي.

بدأ تطوير المصباح الكهربائي في عام 1806 واستمر خلال القرن التاسع عشر حتى تم إتقانه بشكل أو بآخر من قبل توماس إديسون وزملائه في عام 1879.

فاق الطلب على المصابيح المتوهجة على الفور قدرة أي شخص على إنتاج الكهرباء لها ، وأصبحت الحاجة إلى محطات توليد الطاقة واضحة. وهكذا بدأ شد الحبل بين مؤيدي محطات توليد التيار المباشر (DC) ومحطات التيار المتردد (AC) - جزء صغير من التاريخ يُعرف باسم حرب التيارات.

من الواضح أن إديسون وداعميه كانوا إلى جانب توليد الطاقة بالتيار المستمر ، وعلى الجانب الآخر كان نيكولا تيسلا ، المهندس الصربي الذي كان موظفًا في إديسون. فاز معسكر تسلا بهذا اليوم ، وبدأ أحد أول مولدات التيار المتردد في العمل في شلالات نياجرا في عام 1892. أثبتت طاقة التيار المتردد أنها أقل تكلفة في الإنتاج وأكثر اقتصادا في النقل من طاقة التيار المستمر.

يعتمد توليد طاقة التيار المتردد على مولد الحث ، والذي يتكون أساسًا من ملف دوار في مجال مغناطيسي. التيار الذي يمر عبر الموصل ينعكس مع كل دوران.

هذا يعني أن الكهرباء التي تتدفق بين أطراف الملف وجميع المصابيح الكهربائية بينهما لا تتدفق مباشرة من طرف إلى طرف آخر كما يفعل التيار المستمر ، ولكن بدلاً من ذلك ينعكس باستمرار ، ويتدفق نحو طرف واحد خلال نصف دورة ونحو الآخر خلال النصف الآخر دورة.

بدلاً من المحطات الموجبة والسالبة ، تحتوي دائرة التيار المتردد على دوائر ساخنة ومحايدة. بالنسبة لأي جهاز كهربائي في دائرة التيار المتردد ، فإن الطرف الساخن هو الذي يتم توصيله بمولد الطاقة ، والطرف المحايد هو الذي يعيد الطاقة إلى المولد.

إذا كسرت الدائرة ، تظل المحطة الساخنة حية ، لكن المحطة المحايدة تموت. إذا لمست الطرف الساخن ، فسوف تصاب بصدمة ، لكنك لن تشعر بأي شيء إذا لمست الطرف المحايد.

مع بدء تشغيل محطات الطاقة ، أصبحت المنازل في جميع أنحاء أمريكا الشمالية مكهربة ، وأصبحت الغسالات الكهربائية والمكانس الكهربائية والثلاجات الكهربائية متاحة بسرعة. لكن الصدمات كانت شائعة. كانت الأسلاك والمفاتيح والمنافذ معزولة كهربائياً ، لكن العازل كثيرًا ما يتشقق أو يتشقق أو يتآكل ، مما يترك الأسلاك الساخنة المكشوفة ملامسة لأجزاء من الأجهزة التي يلمسها الناس. كانت الحرائق متكررة بسبب تآكل العزل والوصلات المفكوكة.

لنفترض أن شخصًا ما كان يلمس سلكًا ساخنًا مباشرًا ، أو مفتاحًا ملامسًا لسلك ساخن. إذا كان الشخص يطفو بطريقة ما في الهواء أو يرتدي حذاءًا عازلًا كهربائيًا ، فلن يحدث شيء. إذا كان الشخص يقف على الأرض حافي القدمين ، فإن الكهرباء ستتدفق عبر جسد الشخص إلى الأرض ، وهي أكبر حوض كهربائي متاح.

لا يتطلب الأمر سوى عُشر أمبير من التيار (100 مللي أمبير) لإيقاف قلب الشخص ، لذلك قد تكون المواجهة قاتلة للغاية.

الآن ضع في اعتبارك ما إذا كانت الكهرباء لديها بالفعل هذا المسار متاحًا من خلال سلك موصل. يوفر السلك مسارًا أقل مقاومة للأرض من جسم الإنسان. (معاوقة هو لدارات التيار المتردد ما مقاومة هو دوائر التيار المستمر).

تختار الكهرباء دائمًا المسار الأقل مقاومة (مقاومة) ، لذلك لن يصاب الشخص الذي يلمس السلك الساخن بصدمة - أو على الأقل ليس صدمة كبيرة. هذه هي الفكرة الأساسية وراء التأريض.

التأريض جيد أيضًا للمعدات الكهربائية. في حالة حدوث ماس كهربائي بسبب تآكل العزل أو التوصيلات السائبة أو كسر الجهاز ، فإن الأرض يوفر السلك مسارًا بديلاً للكهرباء حتى لا يحرق الدائرة ويبدأ إطلاق النار. مرة أخرى ، هذا يعمل لأن مقاومة مسار الأرض أقل من ذلك عبر الدائرة.

لا يعد المسار الأرضي في الدائرة جيدًا إذا لم يكن لديك طريقة للاتصال به ، وهذا هو الغرض من الدبوس الثالث في القابس ذي الثلاثة أطراف. يتصل القابس بسلك طاقة يتصل بدوره بالجهاز الكهربائي المستخدم ، سواء كان فراغًا أو خلاطًا أو منشارًا كهربائيًا أو مصباح عمل. الدائرة في الجهاز موصلة بأسلاك بحيث يتم توصيل كل شيء بالمحطة الأرضية.

يتصل الطرف الأرضي بالسلك الأرضي في دائرة المبنى عبر الدبوس الأرضي في القابس. إذا كان الجهاز يحتوي على قابس مكون من 3 سنون ، فلا يجب أبدًا تجاوز الدبوس الثالث بقطعه أو استخدام محول من 3 سنون إلى 2 سنون. إذا قمت بذلك ، فلن يكون الجهاز الذي تستخدمه مؤرضًا وقد يكون خطيرًا.

ألوان الأسلاك ذات المكونات الثلاثة ليست هي نفسها في جميع أنحاء العالم ، ولكنها موحدة في جميع أنحاء أمريكا الشمالية ، بما في ذلك كندا والولايات المتحدة والمكسيك. يحدد الكود الوطني للكهرباء (NEC) اللون الأبيض باعتباره لون السلك المحايد ، ولكنه لا يحدد أي متطلبات لألوان السلك الساخن أو السلك الأرضي. ومع ذلك ، هناك اتفاقية يتم اتباعها عن كثب لاستخدام اللون الأحمر أو الأسود للسلك الساخن والأخضر للسلك الأرضي. عادةً ما تُترك الأسلاك الأرضية عارية.

بدأت NEC في طلب دوائر مؤرضة في غرف الغسيل في عام 1947 ووسعت المتطلبات إلى معظم المواقع الأخرى في عام 1956. جعل التحول المقابس والمنافذ ذات الدبوسين عفا عليها الزمن. المرة الوحيدة التي يمكنك فيها تثبيت منفذ ثنائي السنون كانت عندما كنت تستبدل منفذًا موجودًا. يجب أن تكون جميع المنافذ الجديدة ذات 3 منافذ.

ومع ذلك ، من الشائع اليوم رؤية منافذ جديدة ذات فتحتين فقط وأسلاك طاقة في الأجهزة الجديدة ذات الشقين فقط. إذا نظرت عن كثب إلى هذه ، على الرغم من ذلك ، ستكتشف الفرق الذي يميزها عن المقابس والمنافذ القديمة التي تعود إلى ما قبل عام 1947. أحد الشوكات أكبر من الآخر ، مما يعني أن القابس يمكن أن يتناسب مع المقبس في اتجاه واحد فقط. هذه المقابس والمنافذ مستقطب. نظرًا لأنه لا يمكنك عكس اتجاه القابس في المقبس ، فلا يمكنك عكس القطبية.

في مصباح أو جهاز مستقطب ، يتصل السلك الساخن بأحد طرفي المفتاح ، وتتصل الدائرة الداخلية بالطرف الآخر ، والذي بدوره يتصل بالسلك المحايد. المفتاح معزول عن باقي الدوائر ، لذلك عندما يكون مفتوحًا ، لا يمكن لأي شيء أن يتلامس مع السلك الساخن.

إذا لم يكن للمقبس شوكات ذات أحجام مختلفة ، فستتمكن من عكس القطبية عن طريق وضعها في وضع مقلوب. سيكون السلك الساخن على اتصال بالدائرة ، ومن المحتمل أن يصيبك الجهاز بصدمة. نظرًا لأنه لا يمكنك عكس القابس أو القطبية ، فإن التأريض ليس ميزة أمان مهمة ، ولا يحتاج القابس إلى دبوس أرضي.

تم تصميم القابس ثلاثي الشوكات قيد المناقشة حتى الآن لدوائر 120 فولت وللتعامل مع تيار يصل إلى 15 أمبير. إنه مقبس ومخرج NEMA 5-15 ، حيث NEMA هي الرابطة الوطنية لمصنعي الأجهزة الكهربائية. يحتوي هذا المنفذ على فتحات لثلاثة دبابيس ، لكن فتحات المسامير الساخنة والمحايدة ذات أحجام مختلفة ، لذا يمكن استخدامها مع قابس مستقطب.

NEMA 1-15 هو الإصدار المستقطب ثنائي السنون من هذا القابس. لا تتوافق المقابس ذات 3 سنون خارج أمريكا الشمالية بالضرورة مع معايير NEMA وعادة ما يكون لها تكوينات مختلفة للمسامير.

ميزة مثيرة للاهتمام للمقبس الأرضي NEMA 5-15 هو أن الدبوس الأرضي أطول بحوالي 1/8 بوصات من الاثنين الآخرين. المنطق وراء ذلك هو أنه عندما تقوم بتوصيل شيء ما ، فإن الدبوس الأرضي يقوم بالاتصال أولاً ، لذلك لديك دائمًا حماية أرضية. يقوم العديد من الأشخاص بتثبيت منفذ NEMA 5-15 مع الدبوس الأرضي أسفل الاثنين الآخرين ، ولكن هذا مقلوب. يجب أن يكون الدبوس الأرضي في الأعلى لمنع أي شيء يسقط من الأعلى من الاتصال بمسامير التوصيل.

يوجد كتالوج كامل لتكوينات قابس NEMA للتعامل مع تطبيقات 120 و 240 فولت. تحتوي بعض الدوائر بجهد 120 فولت على دبابيس وبعضها يحتوي على ثلاثة. عادةً ما تحتوي المقابس والمآخذ الخاصة بدارات 240 فولت على أربعة دبابيس ، لأن هذه الدوائر بها سلكان ساخنان وسلك محايد وسلك أرضي.

بالمناسبة ، غالبًا ما ترى مقابس وأجهزة بجهد 120 فولت تحمل علامات 125 أو 115 أو 110 فولت و 240 فولت تحمل علامات 250 و 230 و 220 فولت. كل هذه تعني في الأساس نفس الأشياء. يبلغ جهد الخط في أمريكا الشمالية اسميًا 240 فولت ، والتي تنقسم إلى ساقين بقدرة 120 فولت في اللوحة السكنية. ترجع الفولتية البديلة المختلفة إلى التقلبات في خطوط النقل وانخفاض الجهد بسبب حمل الدائرة والمسافة من اللوحة.

تم بناء العديد من المنازل في أمريكا الشمالية قبل أن تطلب NEC تأريض الدائرة ، ودوائرها غير المؤرضة والدوائر التي عفا عليها الزمن 2 دبوس منافذ "جد في". هذا في الواقع مصدر إزعاج ، لأن معظم الأجهزة الحديثة بها مقابس ثلاثية أو مستقطبة منها. في حين أنه من الآمن توصيل قابس ثنائي السنون في مقبس ثلاثي الأطراف ، فإن العكس ليس صحيحًا ، ويترك الجهاز بدون حماية أرضية.

أسهل حل هو تثبيت منافذ قاطع الدائرة الأرضية (GFCI) في مناطق المنزل التي تحتاج إلى منافذ مؤرضة. يحتوي GFCI على قاطع داخلي يتحرك كلما اكتشف المنفذ تغيرًا غير طبيعي في التيار ، مثل أن يحدث بسبب لمس شخص ما لجهة اتصال مباشرة أثناء الوقوف في الماء. يمكن أن يمنع GFCI الصعق الكهربائي ، لكنه لا يحمي المعدات الحساسة من الزيادات الحالية ولا يعد بديلاً كاملاً عن التأريض.

توجد دبابيس GFCI في التكوين القياسي NEMA 5-15 ، مما يعني وجود فتحتين رأسيتين ، كل منهما بأحجام مختلفة ، وفتحة أرضية شبه دائرية. لا تحتاج عادةً إلى أكثر من GFCI واحد لكل دائرة لأن أي GFCI سيحمي الأجهزة السلكية بعدها في الدائرة. لذلك يمكنك حماية دائرة كاملة عن طريق تغيير المنفذ الأول في الدائرة باستخدام GFCI.