Hvordan fungerer et 3-polet stik?

I Nordamerika betyder et apparatstik, der har tre ben, at apparatet er designet til at blive jordforbundet. Jordforbindelse er funktionen af ​​en 3-bens stikforbindelse i en nøddeskal, men hvad betyder det egentlig?

Du har sikkert hørt, at det er en sikkerhedsfunktion indbygget i boligkredsløb, men hvis jordforbindelse er så vigtig for sikkerheden, hvorfor kommer nogle nye apparater med 2-polede stik i stedet for 3-polede? Spoiler-alarm: Det faktum, at stifterne har forskellige størrelser, giver et fingerpeg om svaret på dette spørgsmål.

Beholdere har ændret sig betydeligt siden den første aftagelige stikkontakt blev introduceret af Harvey Hubble i 1903. Før det var der ingen praktisk måde at midlertidigt tilslutte og afbryde en lampe eller et apparat fra et elektrisk kredsløb. Hubbles stikkontakt skiftede gradvist ind i NEMA 5-15 stikkontakten, som er den standard 3-bens stikkontakt og stikkontaktkombination, der anvendes i dag til 120 volt kredsløb.

Stikkontakter, afbrydere, lampestativer og andre almindelige enheder er designet til vekselstrømskredse, fordi alle boliger og kommerciel magt i Nordamerika - såvel som i alle andre dele af verden - kommer fra induktion generatorer. Vekselstrøm har forskellige egenskaber end jævnstrøm, og den har domineret siden den dag, hvor pæren blev perfektioneret.

Udviklingen af ​​pæren begyndte i 1806 og fortsatte gennem det 19. århundrede, indtil den blev mere eller mindre perfektioneret af Thomas Edison og hans kolleger i 1879.

Efterspørgslen efter glødepærer oversteg straks nogens evne til at producere elektricitet til dem, og behovet for kraftværker blev tydeligt. Således begyndte en trækkamp mellem tilhængere af jævnstrømsgenererende stationer og vekselstrøm (AC) -stationer - et lille stykke historie kendt som Strømkrigen.

Edison og hans tilhængere var tydeligt på siden af ​​jævnstrømsproduktion, og på den modsatte side var Nikola Tesla, en serbisk ingeniør, der havde været ansat hos Edison. Teslas lejr vandt dagen, og en af ​​de første vekselstrømsgeneratorer kom online ved Niagara Falls i 1892. Vekselstrøm havde vist sig at være billigere at producere og mere økonomisk at transportere end jævnstrøm.

Dannelsen af ​​vekselstrøm er afhængig af en induktionsgenerator, som i det væsentlige består af en roterende spole i et magnetfelt. Strømmen, der løber gennem lederen, vender sig ved hver rotation.

Dette betyder, at den elektricitet, der strømmer mellem spoleterminalerne og alle pærerne mellem dem, ikke strømmer direkte fra en terminal til andet som jævnstrøm gør, men i stedet vender sig konstant og flyder mod den ene terminal i løbet af den ene halvcyklus og mod den anden i den anden halvdel cyklus.

I stedet for positive og negative terminaler har et vekselstrømskredsløb varme og neutrale. For enhver elektrisk enhed i et vekselstrømskredsløb er den varme terminal den, der er tilsluttet strømgeneratoren, og den neutrale terminal er den, der returnerer strømmen til generatoren.

Hvis du bryder kredsløbet, forbliver den varme terminal levende, men den neutrale terminal bliver død. Hvis du rører ved den varme terminal, får du et chok, men du føler intet, hvis du rører ved den neutrale terminal.

Da kraftværker kom online, blev hjem i hele Nordamerika elektrificeret, og kraftvaskemaskiner, støvsugere og elektriske køleskabe blev hurtigt tilgængelige. Stød var dog almindelige. Ledninger, afbrydere og stikkontakter blev isoleret elektrisk, men isoleringen blev ofte revet, revnet eller slidt af og efterlod udsatte varme ledninger i kontakt med dele af de enheder, som folk rørte ved. Brande var hyppige på grund af slidt isolering og løse forbindelser.

Antag at en person skulle røre ved en levende varm ledning eller en kontakt i kontakt med en varm ledning. Hvis personen på en eller anden måde svævede i luften eller ækvivalent med elektriske isolerede sko, ville der ikke ske noget. Hvis personen stod på jorden med bare fødder, ville elektriciteten imidlertid strømme gennem personens krop til jorden, som er den største tilgængelige elektriske vask.

Det tager kun en tiendedel af en strøm (100 mA) at stoppe en persons hjerte, så mødet kan meget vel være fatalt.

Overvej nu, om elektriciteten allerede har den sti tilgængelig gennem en ledende ledning. Ledningen giver en lavere impedansvej til jorden end en menneskelig krop. (Impedans er til vekselstrømskredsløb hvad modstand er til jævnstrømskredsløb).

Elektricitet vælger altid den mindste modstandsvej (impedans), så den person, der rører ved den varme ledning, får ikke et stød - eller i det mindste ikke så stort af et stød. Det er den grundlæggende idé bag jordforbindelse.

Jordforbindelse er også god til elektrisk udstyr. Hvis der opstår kortslutning på grund af slidt isolering, løse forbindelser eller en ødelagt enhed, skal jorden ledningen giver en alternativ sti til elektriciteten, så den ikke brænder kredsløbet ud og starter en ild. Igen fungerer dette, fordi impedansen til jordstien er mindre end gennem kredsløbet.

En jordsti i kredsløbet er ikke meget god, hvis du ikke har en måde at oprette forbindelse til det, og det er det, der er det tredje ben på et 3-polet stik til. Stikket tilsluttes en strømledning, der igen tilsluttes det elektriske apparat, der er i brug, hvad enten det er et vakuum, en blender, en motorsav eller en arbejdslampe. Kredsløbet i apparatet er kablet, så alt er forbundet til dets jordterminal.

Jordterminalen forbinder til jordledningen i bygningens kredsløb via jordstiften på stikket. Hvis et apparat har et 3-polet stik, bør du aldrig omgå den tredje pin ved at skære det af eller bruge 3-pin til 2-pin adapter. Hvis du gør dette, er den enhed, du bruger, ikke jordforbundet og kan være farlig.

De 3-polede ledningsfarver er ikke de samme over hele verden, men de er standardiserede i hele Nordamerika, inklusive Canada, USA og Mexico. National Electrical Code (NEC) specificerer hvid som farven på den neutrale ledning, men den opstiller ikke krav til farverne på den varme ledning eller jordledningen. Ikke desto mindre er der en nøje fulgt konvention om at bruge rød eller sort til den varme ledning og grøn til jordledningen. Jordledninger efterlades ofte bare.

NEC begyndte at kræve jordforbindelse i vaskerum i 1947 og udvidede kravet til de fleste andre steder i 1956. Skiftet gjorde 2-polede stik og stikkontakter alt forældede. Den eneste gang du kunne installere en stikkontakt med 2 ben, var da du udskiftede en eksisterende. Alle nye forretninger skulle være 3-polede.

Men i dag er det almindeligt at se nye stikkontakter med kun to slots og strømkabler på nye apparater med kun to stifter. Hvis du ser nøje på disse, vil du dog se forskellen, der adskiller dem fra forældede, 2-polede stik og stikkontakter før 1947. En af stifterne er større end den anden, hvilket betyder, at stikket kun kan passe ind i stikkontakten på en måde. Disse stik og stikkontakter er polariseret. Da du ikke kan vende stikkets retning i stikket, kan du ikke vende polariteten.

I en polariseret lampe eller et apparat tilsluttes den varme ledning til den ene terminal på afbryderen, og det interne kredsløb forbinder til den anden terminal, som igen forbinder til den neutrale ledning. Afbryderen er isoleret fra resten af ​​kredsløbet, så når den er åben, kan intet komme i kontakt med den varme ledning.

Hvis stikket ikke havde stifter af forskellig størrelse, ville du være i stand til at vende polariteten ved at sætte den på hovedet. Den varme ledning vil være i kontakt med kredsløbene, og enheden kan potentielt give dig et chok. Fordi du ikke kan vende stikket eller polariteten, er jordforbindelse ikke en afgørende sikkerhedsfunktion, og stikket behøver ikke en stift.

Det 3-polede stik, der hidtil er diskuteret, er designet til 120 volt kredsløb og til at håndtere op til 15 ampere strøm. Det er NEMA 5-15-stikkontakten, hvor NEMA er National Electrical Manufacturer's Association. Denne stikkontakt har slots til tre ben, men de varme og neutrale pin slots er forskellige størrelser, så den kan bruges med et polariseret stik.

NEMA 1-15 er den 2-polede, polariserede version af dette stik. 3-polede stik uden for Nordamerika er ikke nødvendigvis i overensstemmelse med NEMA-standarder og har normalt forskellige pin-konfigurationer.

Et interessant træk ved NEMA 5-15 jordforbundet stik er, at jordstiften er ca. 1/8 tommer længere end de to andre. Logikken bag dette er, at når du tilslutter noget, kommer jordstiften først i kontakt, så du altid har jordbeskyttelse. Mange installerer NEMA 5-15-stikkontakten med jordstiften under de to andre, men det er på hovedet. Jordstiften skal være ovenpå for at forhindre, at alt, der falder ovenfra, kommer i kontakt med de ledende stifter.

Der findes et helt katalog over NEMA-stikkonfigurationer til håndtering af applikationer på 120 og 240 volt. Nogle 120 volt kredsløb har to ben og nogle har tre. Stik og stik til 240 volt kredsløb har normalt fire ben, fordi disse kredsløb har to varme ledninger, en neutral ledning og en jord.

Forresten ser du ofte 120 volt stik og apparater mærket 125, 115 eller 110 volt og 240 volt, der er mærket 250, 230 og 220 volt. Disse betyder alle stort set de samme ting. Linjespændingen i Nordamerika er nominelt 240 volt, som er opdelt i to 120 volt ben i boligpanelet. De forskellige alternative spændinger skyldes udsving i transmissionslinierne og spændingsfald på grund af kredsløbsbelastning og afstand fra panelet.

Mange hjem i Nordamerika blev bygget, før NEC krævede kredsløbsjord, og deres ujordede kredsløb og forældede 2-pin afsætningsmuligheder er "bedstefarvet i." Det er faktisk en ulempe, fordi de fleste moderne enheder har enten 3-polede stik eller polariserede dem. Selvom det er sikkert at tilslutte et 2-bens stik i et 3-bens stik, er det omvendte ikke sandt, og det efterlader enheden uden jordbeskyttelse.

Den nemmeste løsning er at installere jordfejlafbrydere (GFCI) i de områder af huset, der har brug for jordforbindelse. En GFCI har en intern afbryder, der udløses, når stikkontakten registrerer en unormal strømændring, som det ville være forårsaget af, at nogen rører ved en levende kontakt, mens de står i vandet. En GFCI kan forhindre elektrisk stødning, men det beskytter ikke følsomt udstyr mod strømstød og er ikke en komplet erstatning for jordforbindelse.

Stifterne på en GFCI er i standard NEMA 5-15 konfiguration, hvilket betyder to lodrette slots, hver af forskellige størrelser, og en halvcirkelformet jordstik. Du har normalt ikke brug for mere end en GFCI pr. Kredsløb, fordi enhver GFCI beskytter enheder, der er kablet efter det i kredsløbet. Du kan derfor beskytte et helt kredsløb ved at skifte den første stikkontakt i kredsløbet med en GFCI.