En América del Norte, un enchufe de electrodoméstico que tiene tres clavijas significa que el electrodoméstico está diseñado para conectarse a tierra. La conexión a tierra es la función de una conexión de enchufe de 3 clavijas en pocas palabras, pero ¿qué significa realmente?
Probablemente haya escuchado que es una característica de seguridad integrada en los circuitos residenciales, pero si la conexión a tierra es tan importante para la seguridad, ¿por qué algunos electrodomésticos nuevos vienen con enchufes de 2 clavijas en lugar de 3 clavijas? Alerta de spoiler: el hecho de que los pines sean de diferentes tamaños proporciona una pista para la respuesta a esta pregunta.
Los receptáculos han cambiado considerablemente desde que Harvey Hubble introdujo el primer tomacorriente desmontable en 1903. Antes de eso, no había una forma práctica de conectar y desconectar temporalmente una lámpara o un aparato de un circuito eléctrico. El tomacorriente del Hubble se transformó gradualmente en el tomacorriente NEMA 5-15, que es la combinación estándar de enchufe y tomacorriente de 3 clavijas que se usa hoy en día para circuitos de 120 voltios.
Los enchufes, interruptores, bases de lámparas y otros dispositivos comunes están diseñados para circuitos de CA porque todos los El poder comercial en América del Norte, así como en cualquier otra parte del mundo, proviene de la inducción. generadores. La corriente alterna tiene características diferentes a la corriente continua, y ha predominado desde el día en que se perfeccionó la bombilla.
El amanecer de la red eléctrica
El desarrollo de la bombilla comenzó en 1806 y continuó durante el siglo XIX hasta que Thomas Edison y sus colegas la perfeccionaron más o menos en 1879.
La demanda de bombillas incandescentes superó inmediatamente la capacidad de cualquiera de producir electricidad para ellas, y se hizo evidente la necesidad de centrales eléctricas. Así comenzó un tira y afloja entre los defensores de las estaciones generadoras de corriente continua (CC) y las estaciones de corriente alterna (CA), una pequeña parte de la historia conocida como la Guerra de las Corrientes.
Edison y sus partidarios estaban claramente del lado de la generación de energía de CC, y en el lado opuesto estaba Nikola Tesla, un ingeniero serbio que había sido empleado de Edison. El campamento de Tesla ganó el día y uno de los primeros generadores de CA entró en funcionamiento en las Cataratas del Niágara en 1892. La energía de CA ha demostrado ser menos costosa de producir y más económica de transportar que la energía de CC.
Los primeros dispositivos de CA no estaban conectados a tierra y eran impactantes
La generación de energía de CA se basa en un generador de inducción, que esencialmente consiste en una bobina giratoria en un campo magnético. La corriente que atraviesa el conductor se invierte con cada rotación.
Esto significa que la electricidad que fluye entre los terminales de la bobina y todas las bombillas entre ellos no fluye directamente de un terminal al otro como lo hace la corriente continua, pero en cambio se invierte constantemente, fluyendo hacia un terminal durante un medio ciclo y hacia el otro durante la otra mitad ciclo.
En lugar de terminales positivos y negativos, un circuito de CA tiene terminales vivos y neutros. Para cualquier dispositivo eléctrico en un circuito de CA, el terminal activo es el que está conectado al generador de energía y el terminal neutral es el que devuelve la energía al generador.
Si interrumpe el circuito, la terminal caliente permanece viva, pero la terminal neutral se apaga. Si toca el terminal caliente, recibirá una descarga, pero no sentirá nada si toca el terminal neutral.
A medida que las centrales eléctricas se pusieron en funcionamiento, los hogares de América del Norte se electrificaron y rápidamente se dispuso de lavadoras, aspiradoras y refrigeradores eléctricos. Sin embargo, los choques eran comunes. Los cables, interruptores y enchufes estaban aislados eléctricamente, pero el aislamiento con frecuencia se astillaba, agrietaba o se desgastaba, dejando cables calientes expuestos en contacto con partes de los dispositivos que las personas tocaban. Los incendios eran frecuentes debido al aislamiento desgastado y las conexiones sueltas.
¿Cómo ayuda la puesta a tierra?
Suponga que una persona toca un cable con corriente o un interruptor en contacto con un cable con corriente. Si la persona estuviera flotando de alguna manera en el aire o, de manera equivalente, usando zapatos con aislamiento eléctrico, no pasaría nada. Sin embargo, si la persona estuviera de pie en el suelo con los pies descalzos, la electricidad fluiría a través del cuerpo de la persona hacia la tierra, que es el fregadero eléctrico más grande disponible.
Solo se necesita una décima parte de un amperio de corriente (100 mA) para detener el corazón de una persona, por lo que el encuentro podría ser fatal.
Ahora considere si la electricidad ya tiene ese camino disponible a través de un cable conductor. El cable proporciona una ruta a tierra de menor impedancia que un cuerpo humano. (Impedancia es para los circuitos de CA lo que resistencia es a los circuitos de CC).
La electricidad siempre elige el camino de menor resistencia (impedancia), por lo que la persona que toca el cable caliente no recibirá una descarga, o al menos, una descarga no tan grande. Esa es la idea básica detrás de la conexión a tierra.
La conexión a tierra también es buena para los equipos eléctricos. Si se produce un cortocircuito debido a un aislamiento desgastado, conexiones sueltas o un dispositivo roto, la conexión a tierra El cable proporciona una ruta alternativa para la electricidad para que no queme el circuito y comience una fuego. Nuevamente, esto funciona porque la impedancia de la ruta de tierra es menor que la del circuito.
La función de enchufe de 3 pines
Una ruta a tierra en el circuito no es muy buena si no tiene una forma de conectarse a ella, y para eso es el tercer pin en un enchufe de 3 pines. El enchufe se conecta a un cable de alimentación que a su vez se conecta al aparato eléctrico en uso, ya sea una aspiradora, una licuadora, una sierra eléctrica o una lámpara de trabajo. El circuito del aparato está cableado de modo que todo esté conectado a su terminal de tierra.
El terminal de tierra se conecta al cable de tierra en los circuitos del edificio a través de la clavija de tierra en el enchufe. Si un aparato tiene un enchufe de 3 clavijas, nunca debe omitir la tercera clavija cortándola o usando un adaptador de 3 clavijas a 2 clavijas. Si hace esto, el dispositivo que está utilizando no está conectado a tierra y podría ser peligroso.
Los colores de los cables del enchufe de 3 clavijas no son los mismos en todo el mundo, pero están estandarizados en toda América del Norte, incluidos Canadá, Estados Unidos y México. El Código Eléctrico Nacional (NEC) especifica el blanco como el color del cable neutro, pero no establece ningún requisito para los colores del cable caliente o del cable de tierra. Sin embargo, existe una convención que se sigue de cerca para usar rojo o negro para el cable vivo y verde para el cable de tierra. Los cables de tierra también suelen dejarse desnudos.
¿Por qué algunos electrodomésticos tienen enchufes de 2 clavijas?
El NEC comenzó a requerir circuitos conectados a tierra en las lavanderías en 1947 y extendió el requisito a la mayoría de las otras ubicaciones en 1956. El cambio hizo que los enchufes y enchufes de 2 clavijas fueran casi obsoletos. La única vez que pudo instalar un tomacorriente de 2 clavijas fue cuando estaba reemplazando uno existente. Todos los enchufes nuevos tenían que ser de 3 pines.
Sin embargo, hoy en día, es común ver nuevos enchufes con solo dos ranuras y cables de alimentación en electrodomésticos nuevos con solo dos clavijas. Sin embargo, si los observa detenidamente, verá la diferencia que los distingue de los enchufes y enchufes de 2 pines obsoletos anteriores a 1947. Una de las clavijas es más grande que la otra, lo que significa que el enchufe solo puede encajar en el enchufe de una manera. Estos enchufes y salidas son polarizado. Dado que no puede invertir la orientación del enchufe en el enchufe, no puede invertir la polaridad.
En una lámpara o aparato polarizado, el cable caliente se conecta a un terminal del interruptor y el circuito interno se conecta al otro terminal, que a su vez se conecta al cable neutro. El interruptor está aislado del resto de los circuitos, por lo que cuando está abierto, nada puede entrar en contacto con el cable caliente.
Si el enchufe no tuviera clavijas de diferentes tamaños, podría invertir la polaridad colocándolo al revés. El cable caliente estaría en contacto con los circuitos y el dispositivo podría darte una descarga. Debido a que no puede invertir el enchufe o la polaridad, la conexión a tierra no es una característica de seguridad crucial y el enchufe no necesita una clavija de tierra.
Diferentes tipos de enchufes eléctricos
El enchufe de 3 clavijas en discusión hasta ahora está diseñado para circuitos de 120 voltios y para manejar hasta 15 amperios de corriente. Es el enchufe y tomacorriente NEMA 5-15, donde NEMA es la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos. Este tomacorriente tiene ranuras para tres clavijas, pero las ranuras de clavijas neutrales y activas son de diferentes tamaños, por lo que se puede usar con un enchufe polarizado.
El NEMA 1-15 es la versión polarizada de 2 pines de este enchufe. Los enchufes de 3 clavijas fuera de Norteamérica no necesariamente cumplen con los estándares NEMA y generalmente tienen diferentes configuraciones de clavijas.
Una característica interesante del enchufe con conexión a tierra NEMA 5-15 es que el pin de tierra es aproximadamente 1/8 de pulgada más largo que los otros dos. La lógica detrás de esto es que, cuando conecta algo, el pin de tierra hace contacto primero, por lo que siempre tiene protección de tierra. Mucha gente instala el tomacorriente NEMA 5-15 con el pin de tierra debajo de los otros dos, pero eso está al revés. El pin de tierra debe estar en la parte superior para evitar que cualquier cosa que caiga desde arriba entre en contacto con los pines conductores.
Existe un catálogo completo de configuraciones de enchufe NEMA para manejar aplicaciones de 120 y 240 voltios. Algunos circuitos de 120 voltios tienen dos pines y algunos tienen tres. Los enchufes y receptáculos para circuitos de 240 voltios generalmente tienen cuatro pines, porque estos circuitos tienen dos cables calientes, un cable neutro y una tierra.
Por cierto, a menudo ve enchufes y electrodomésticos de 120 voltios etiquetados como 125, 115 o 110 voltios y los de 240 voltios etiquetados como 250, 230 y 220 voltios. Todos estos significan esencialmente las mismas cosas. El voltaje de línea en América del Norte es nominalmente de 240 voltios, que se divide en dos patas de 120 voltios en el panel residencial. Los diversos voltajes alternos se deben a fluctuaciones en las líneas de transmisión y caídas de voltaje debido a la carga del circuito y la distancia del panel.
Los receptáculos GFCI brindan protección contra fallas a tierra
Muchas casas en América del Norte se construyeron antes de que el NEC requiriera la conexión a tierra del circuito, y sus circuitos sin conexión a tierra y obsoletos de 2 pines. los puntos de venta están "protegidos por derechos adquiridos". Eso es en realidad un inconveniente, porque la mayoría de los dispositivos modernos tienen enchufes de 3 pines o polarizados unos. Si bien es seguro enchufar un enchufe de 2 pines en un enchufe de 3 pines, lo contrario no es cierto y deja el dispositivo sin protección de tierra.
La solución más sencilla es instalar enchufes de interruptor de circuito de falla a tierra (GFCI) en áreas de la casa que necesitan tomacorrientes conectados a tierra. Un GFCI tiene un disyuntor interno que se dispara cada vez que el tomacorriente detecta un cambio anormal en la corriente, como el causado por alguien que toca un contacto vivo mientras está parado en el agua. Un GFCI puede evitar la electrocución, pero no protege los equipos sensibles de las sobrecargas de corriente y no es un sustituto completo de la conexión a tierra.
Los pines de un GFCI están en la configuración estándar NEMA 5-15, lo que significa dos ranuras verticales, cada una de diferentes tamaños, y una ranura de tierra semicircular. Por lo general, no necesita más de un GFCI por circuito porque cualquier GFCI protegerá los dispositivos conectados después en el circuito. Por lo tanto, puede proteger un circuito completo cambiando la primera salida del circuito con un GFCI.