Στη Βόρεια Αμερική, ένα βύσμα συσκευής που έχει τρεις καρφίτσες σημαίνει ότι η συσκευή έχει σχεδιαστεί για γείωση. Η γείωση είναι η λειτουργία σύνδεσης 3 ακίδων με λίγα λόγια, αλλά τι σημαίνει πραγματικά;
Πιθανότατα έχετε ακούσει ότι είναι ένα χαρακτηριστικό ασφαλείας ενσωματωμένο σε κυκλώματα κατοικιών, αλλά εάν η γείωση είναι τόσο σημαντική για την ασφάλεια, γιατί μερικές νέες συσκευές έρχονται με βύσματα 2 ακίδων αντί 3 ακίδων; Ειδοποίηση Spoiler: Το γεγονός ότι οι καρφίτσες έχουν διαφορετικά μεγέθη παρέχει στοιχεία για την απάντηση αυτής της ερώτησης.
Τα δοχεία έχουν αλλάξει σημαντικά από τότε που το πρώτο αποσπώμενο κατάστημα κυκλοφόρησε από τον Harvey Hubble το 1903. Πριν από αυτό, δεν υπήρχε πρακτικός τρόπος προσωρινής σύνδεσης και αποσύνδεσης λαμπτήρα ή συσκευής από ηλεκτρικό κύκλωμα. Η πρίζα του Hubble μετατράπηκε σταδιακά στην έξοδο NEMA 5-15, η οποία είναι ο τυπικός συνδυασμός 3 ακίδων και πριζών που χρησιμοποιείται σήμερα για κυκλώματα 120 volt.
Οι πρίζες, οι διακόπτες, οι βάσεις λαμπτήρων και άλλες κοινές συσκευές έχουν σχεδιαστεί για κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος, επειδή όλα τα οικιακά και τα η εμπορική δύναμη στη Βόρεια Αμερική - καθώς και σε κάθε άλλο μέρος του κόσμου - προέρχεται από την επαγωγή γεννήτριες. Η ισχύς AC έχει διαφορετικά χαρακτηριστικά από την ισχύ DC και έχει κυριαρχήσει από την ημέρα που ο λαμπτήρας τελειοποιήθηκε.
Η αυγή του ηλεκτρικού πλέγματος
Η ανάπτυξη του λαμπτήρα άρχισε το 1806 και συνεχίστηκε μέχρι τον 19ο αιώνα έως ότου τελειοποιήθηκε λίγο πολύ από τον Thomas Edison και τους συναδέλφους του το 1879.
Η ζήτηση για λαμπτήρες πυρακτώσεως ξεπέρασε αμέσως την ικανότητα οποιουδήποτε να παράγει ηλεκτρικό ρεύμα για αυτούς και η ανάγκη για σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής έγινε εμφανής. Έτσι ξεκίνησε μια σύγκρουση μεταξύ υποστηρικτών σταθμών παραγωγής συνεχούς ρεύματος (DC) και σταθμών εναλλασσόμενου ρεύματος (AC) - ένα μικρό κομμάτι της ιστορίας γνωστό ως ο πόλεμος των ρευμάτων.
Ο Έντισον και οι υποστηρικτές του ήταν σαφώς στην πλευρά της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας DC, και στην αντίθετη πλευρά ήταν ο Νικόλα Τέσλα, ένας Σέρβος μηχανικός που ήταν υπάλληλος του Edison. Το στρατόπεδο του Tesla κέρδισε την ημέρα, και μία από τις πρώτες γεννήτριες εναλλασσόμενου ρεύματος ήρθε στο Διαδίκτυο στους Καταρράκτες του Νιαγάρα το 1892. Η ισχύς AC είχε αποδειχθεί ότι είναι λιγότερο ακριβή στην παραγωγή και πιο οικονομική στη μεταφορά από την ισχύ DC.
Οι πρώιμες συσκευές εναλλασσόμενου ρεύματος ήταν αβάσιμες και συγκλονιστικές
Η παραγωγή ισχύος AC βασίζεται σε μια γεννήτρια επαγωγής, η οποία ουσιαστικά αποτελείται από ένα περιστρεφόμενο πηνίο σε ένα μαγνητικό πεδίο. Το ρεύμα που διατρέχει τον αγωγό αντιστρέφεται με κάθε περιστροφή.
Αυτό σημαίνει ότι η ηλεκτρική ενέργεια που ρέει μεταξύ των ακροδεκτών πηνίου και όλων των λαμπτήρων μεταξύ τους δεν ρέει απευθείας από έναν ακροδέκτη στον άλλο όπως το ρεύμα DC, αλλά αντίστροφα αντιστρέφεται συνεχώς, ρέει προς ένα τερματικό κατά τη διάρκεια ενός μισού κύκλου και προς το άλλο κατά το άλλο μισό κύκλος.
Αντί για θετικούς και αρνητικούς ακροδέκτες, ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος έχει ζεστό και ουδέτερο. Για οποιαδήποτε ηλεκτρική συσκευή σε κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος, ο θερμός ακροδέκτης είναι αυτός που συνδέεται με τη γεννήτρια ισχύος και ο ουδέτερος ακροδέκτης είναι αυτός που επιστρέφει ισχύ στη γεννήτρια.
Εάν σπάσετε το κύκλωμα, ο θερμός ακροδέκτης παραμένει ζωντανός, αλλά ο ουδέτερος ακροδέκτης θα πεθάνει. Εάν αγγίξετε τον καυτό τερματικό, θα εκπλαγείτε, αλλά δεν θα αισθανθείτε τίποτα αν αγγίξετε τον ουδέτερο τερματικό.
Καθώς οι σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος ήρθαν συνδεδεμένοι, τα σπίτια σε όλη τη Βόρεια Αμερική ηλεκτροκίνησαν και τα πλυντήρια, ηλεκτρικές σκούπες και ηλεκτρικά ψυγεία έγιναν γρήγορα διαθέσιμα. Ωστόσο, τα σοκ ήταν κοινά. Τα καλώδια, οι διακόπτες και οι πρίζες μονώνονταν ηλεκτρικά, αλλά η μόνωση συχνά θρυμματίστηκε, σπάστηκε ή φθαρεί, αφήνοντας τα εκτεθειμένα θερμά καλώδια σε επαφή με μέρη των συσκευών που άγγιξαν οι άνθρωποι. Οι πυρκαγιές ήταν συχνές λόγω φθαρμένης μόνωσης και χαλαρών συνδέσεων.
Πώς βοηθά η γείωση;
Ας υποθέσουμε ότι ένα άτομο έπρεπε να αγγίξει ένα ζωντανό θερμό καλώδιο ή έναν διακόπτη σε επαφή με ένα ζεστό καλώδιο. Εάν το άτομο επιπλέωνε κάπως στον αέρα ή, αντίστοιχα, φορούσε ηλεκτρικά μονωμένα παπούτσια, δεν θα συνέβαινε τίποτα. Αν όμως το άτομο στεκόταν στο έδαφος με γυμνά πόδια, η ηλεκτρική ενέργεια θα ρέει από το σώμα του ατόμου στη γη, που είναι ο μεγαλύτερος διαθέσιμος ηλεκτρικός νεροχύτης.
Χρειάζεται μόνο το ένα δέκατο του ενισχυτή ρεύματος (100 mA) για να σταματήσει η καρδιά ενός ατόμου, οπότε η συνάντηση θα μπορούσε να είναι θανατηφόρα.
Τώρα εξετάστε εάν ο ηλεκτρισμός έχει ήδη εκείνη τη διαδρομή μέσω ενός αγωγού καλωδίου. Το σύρμα παρέχει μια διαδρομή χαμηλότερης αντίστασης προς το έδαφος από ένα ανθρώπινο σώμα. (Αντίσταση είναι στα κυκλώματα AC τι αντίσταση είναι σε κυκλώματα DC).
Η ηλεκτρική ενέργεια επιλέγει πάντα τη διαδρομή της ελάχιστης αντίστασης (σύνθετη αντίσταση), οπότε το άτομο που αγγίζει το θερμό καλώδιο δεν θα τραυματιστεί - ή τουλάχιστον, όχι τόσο μεγάλο από ένα σοκ. Αυτή είναι η βασική ιδέα πίσω από τη γείωση.
Η γείωση είναι επίσης καλή για ηλεκτρικό εξοπλισμό. Εάν προκύψει βραχυκύκλωμα λόγω φθαρμένης μόνωσης, χαλαρών συνδέσεων ή σπασμένης συσκευής, η γείωση Το καλώδιο παρέχει μια εναλλακτική διαδρομή για την ηλεκτρική ενέργεια, ώστε να μην καεί το κύκλωμα και να ξεκινήσει a Φωτιά. Και πάλι, αυτό λειτουργεί επειδή η σύνθετη αντίσταση του εδάφους είναι μικρότερη από αυτήν μέσω του κυκλώματος.
Η λειτουργία βύσματος 3 ακίδων
Μια διαδρομή γείωσης στο κύκλωμα δεν είναι πολύ καλή αν δεν έχετε τρόπο να συνδεθείτε σε αυτό, και αυτό είναι το τρίτο πείρο σε ένα βύσμα 3 ακίδων. Το βύσμα συνδέεται με καλώδιο τροφοδοσίας που με τη σειρά του συνδέεται με την ηλεκτρική συσκευή που χρησιμοποιείται, είτε πρόκειται για ηλεκτρική σκούπα, μπλέντερ, πριόνι ή λάμπα εργασίας. Το κύκλωμα στη συσκευή είναι ενσύρματο έτσι ώστε όλα να συνδέονται με τον ακροδέκτη γείωσης.
Ο ακροδέκτης γείωσης συνδέεται με το καλώδιο γείωσης στα κυκλώματα του κτηρίου μέσω του πείρου γείωσης στο βύσμα. Εάν μια συσκευή διαθέτει βύσμα 3 ακίδων, δεν πρέπει ποτέ να παρακάμψετε τον τρίτο πείρο κόβοντάς τον ή χρησιμοποιώντας προσαρμογέα 3 ακίδων σε 2 ακίδες. αν το κάνετε αυτό, η συσκευή που χρησιμοποιείτε δεν είναι γειωμένη και ενδέχεται να είναι επικίνδυνη.
Τα χρώματα των 3 ακίδων δεν είναι τα ίδια σε όλο τον κόσμο, αλλά είναι τυποποιημένα σε όλη τη Βόρεια Αμερική, συμπεριλαμβανομένου του Καναδά, των Ηνωμένων Πολιτειών και του Μεξικού. Ο Εθνικός Ηλεκτρικός Κώδικας (NEC) καθορίζει το λευκό ως το χρώμα του ουδέτερου σύρματος, αλλά δεν καθορίζει απαιτήσεις για τα χρώματα του θερμού σύρματος ή του καλωδίου γείωσης. Παρ 'όλα αυτά, υπάρχει μια σύμβαση που ακολουθείται στενά για τη χρήση κόκκινου ή μαύρου για το καυτό καλώδιο και πράσινο για το γείωμα. Τα καλώδια γείωσης είναι επίσης συνήθως γυμνά.
Γιατί ορισμένες συσκευές διαθέτουν βύσματα 2 ακίδων;
Το NEC άρχισε να απαιτεί γειωμένα κυκλώματα στα δωμάτια πλυντηρίων το 1947 και επέκτεινε την απαίτηση στις περισσότερες άλλες περιοχές το 1956. Η αλλαγή έκανε βύσματα και πρίζες 2 ακίδων εκτός από ξεπερασμένες. Η μόνη φορά που θα μπορούσατε να εγκαταστήσετε μια πρίζα 2 ακίδων ήταν όταν αντικαταστήσατε μια υπάρχουσα. Όλα τα νέα καταστήματα έπρεπε να είναι 3 ακίδων.
Ωστόσο, σήμερα, είναι σύνηθες να βλέπουμε νέα καταστήματα με μόνο δύο υποδοχές και καλώδια τροφοδοσίας σε νέες συσκευές με μόνο δύο προεξοχές. Αν τα κοιτάξετε προσεκτικά, ωστόσο, θα εντοπίσετε τη διαφορά που τα διακρίνει από παρωχημένα, πριν από το 1947, βύσματα και πρίζες 2 ακίδων. Ένα από τα άκρα είναι μεγαλύτερο από το άλλο, πράγμα που σημαίνει ότι το βύσμα μπορεί να χωρέσει μόνο στην πρίζα με έναν τρόπο. Αυτά τα βύσματα και οι πρίζες είναι πολωμένος. Δεδομένου ότι δεν μπορείτε να αντιστρέψετε τον προσανατολισμό του βύσματος στην υποδοχή, δεν μπορείτε να αντιστρέψετε την πολικότητα.
Σε μια πολωμένη λάμπα ή συσκευή, το θερμό καλώδιο συνδέεται με έναν ακροδέκτη του διακόπτη και το εσωτερικό κύκλωμα συνδέεται με τον άλλο ακροδέκτη, ο οποίος με τη σειρά του συνδέεται με το ουδέτερο καλώδιο. Ο διακόπτης είναι μονωμένος από το υπόλοιπο κύκλωμα, οπότε όταν είναι ανοιχτός, τίποτα δεν μπορεί να έρθει σε επαφή με το θερμό καλώδιο.
Εάν το βύσμα δεν είχε προεξοχές διαφορετικού μεγέθους, θα μπορούσατε να αντιστρέψετε την πολικότητα τοποθετώντας το ανάποδα. Το θερμό καλώδιο θα έρθει σε επαφή με το κύκλωμα και η συσκευή θα μπορούσε ενδεχομένως να σας προκαλέσει σοκ. Επειδή δεν μπορείτε να αντιστρέψετε το βύσμα ή την πολικότητα, η γείωση δεν είναι κρίσιμο χαρακτηριστικό ασφαλείας και το βύσμα δεν χρειάζεται πείρο γείωσης.
Διαφορετικοί τύποι ηλεκτρικών εξόδων
Το βύσμα 3 ακρών που συζητείται μέχρι στιγμής έχει σχεδιαστεί για κυκλώματα 120 volt και για χειρισμό ρεύματος έως και 15 amp. Είναι το βύσμα και πρίζα NEMA 5-15, όπου η NEMA είναι η Εθνική Ένωση Κατασκευαστών Ηλεκτρικών. Αυτή η πρίζα διαθέτει υποδοχές για τρεις καρφίτσες, αλλά οι καυτές και ουδέτερες υποδοχές ακίδων είναι διαφορετικών μεγεθών, οπότε μπορεί να χρησιμοποιηθεί με πολωμένο βύσμα.
Το NEMA 1-15 είναι η πολική έκδοση 2 ακίδων αυτού του βύσματος. Τα βύσματα 3 ακίδων εκτός Βόρειας Αμερικής δεν συμμορφώνονται απαραίτητα με τα πρότυπα NEMA και συνήθως έχουν διαφορετικές διαμορφώσεις ακίδων.
Ένα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό του γειωμένου βύσματος NEMA 5-15 είναι ότι ο πείρος γείωσης είναι περίπου 1/8 ίντσες μακρύτερος από τους άλλους δύο. Η λογική πίσω από αυτό είναι ότι, όταν συνδέετε κάτι, ο πείρος γείωσης έρχεται σε επαφή πρώτα, οπότε έχετε πάντα προστασία γείωσης. Πολλοί άνθρωποι εγκαθιστούν την έξοδο NEMA 5-15 με τον πείρο γείωσης κάτω από τους άλλους δύο, αλλά αυτό είναι ανάποδα. Ο πείρος γείωσης θα πρέπει να βρίσκεται στην κορυφή για να αποτρέπεται η επαφή οποιουδήποτε άλλου από πάνω από τους αγώγιμους πείρους.
Υπάρχει ένας ολόκληρος κατάλογος διαμορφώσεων βύσματος NEMA για τη διαχείριση εφαρμογών 120 και 240 volt. Μερικά κυκλώματα 120 volt έχουν δύο ακίδες και μερικά έχουν τρία. Τα βύσματα και τα δοχεία για κυκλώματα 240 volt συνήθως έχουν τέσσερις ακίδες, επειδή αυτά τα κυκλώματα έχουν δύο θερμά καλώδια, ένα ουδέτερο καλώδιο και μια γείωση.
Παρεμπιπτόντως, συχνά βλέπετε βύσματα και συσκευές 120 volt με σήμανση 125, 115 ή 110 volt και 240 volt με σήμανση 250, 230 και 220 volt. Όλα αυτά σημαίνουν ουσιαστικά τα ίδια πράγματα. Η τάση γραμμής στη Βόρεια Αμερική είναι ονομαστικά 240 βολτ, η οποία χωρίζεται σε δύο πόδια 120 βολτ στον πίνακα κατοικιών. Οι διάφορες εναλλακτικές τάσεις οφείλονται σε διακυμάνσεις στις γραμμές μετάδοσης και πτώση τάσης λόγω φορτίου κυκλώματος και απόστασης από τον πίνακα.
Τα δοχεία GFCI παρέχουν προστασία από σφάλματα στο έδαφος
Πολλά σπίτια στη Βόρεια Αμερική χτίστηκαν πριν η NEC απαιτούσε γείωση κυκλώματος και τα μη γειωμένα κυκλώματά τους και ξεπερασμένα 2-ακίδες τα καταστήματα είναι «παππού». Αυτό είναι πραγματικά μια ταλαιπωρία, επειδή οι περισσότερες σύγχρονες συσκευές διαθέτουν είτε 3-pin βύσματα είτε πολωμένα αυτοί. Ενώ είναι ασφαλές να συνδέσετε ένα βύσμα 2 ακίδων σε μια υποδοχή 3 ακίδων, το αντίστροφο δεν ισχύει και αφήνει τη συσκευή χωρίς προστασία από τη γείωση.
Ο ευκολότερος τρόπος αντιμετώπισης είναι η εγκατάσταση πριζών διακοπής κυκλώματος γείωσης (GFCI) σε περιοχές του σπιτιού που χρειάζονται γειωμένες πρίζες. Ένα GFCI έχει ένα εσωτερικό διακόπτη που σταματά κάθε φορά που η πρίζα ανιχνεύει μια ανώμαλη αλλαγή στο ρεύμα, όπως θα μπορούσε να προκληθεί από κάποιον που αγγίζει μια ζωντανή επαφή ενώ στέκεται στο νερό. Ένα GFCI μπορεί να αποτρέψει την ηλεκτροπληξία, αλλά δεν προστατεύει τον ευαίσθητο εξοπλισμό από τις τρέχουσες υπερτάσεις και δεν αποτελεί πλήρες υποκατάστατο της γείωσης.
Οι καρφίτσες ενός GFCI είναι στην τυπική διαμόρφωση NEMA 5-15, που σημαίνει δύο κατακόρυφες εγκοπές, καθεμία από διαφορετικά μεγέθη, και μια ημικυκλική υποδοχή γείωσης. Συνήθως δεν χρειάζεστε περισσότερα από ένα GFCI ανά κύκλωμα, επειδή οποιοδήποτε GFCI θα προστατεύει τις συσκευές που είναι ενσύρματες μετά από αυτό στο κύκλωμα. Επομένως, μπορείτε να προστατεύσετε ένα ολόκληρο κύκλωμα αλλάζοντας την πρώτη έξοδο στο κύκλωμα με ένα GFCI.