Põhja-Ameerikas tähendab kolme tihvtiga seadme pistik, et seade on mõeldud maandamiseks. Maandamine on 3-kontaktilise pistikühenduse funktsioon lühidalt, kuid mida see tegelikult tähendab?
Ilmselt olete kuulnud, et see on elamute vooluringidesse sisseehitatud turvaelement, kuid kui maandus on ohutuse tagamiseks nii oluline, siis miks on mõnel uuel seadmel 3-kontaktiliste asemel 2-kontaktilised pistikud? Spoilerihoiatus: asjaolu, et tihvtid on erineva suurusega, annab vihje sellele küsimusele vastamiseks.
Mahutid on märkimisväärselt muutunud alates esimese eemaldatava väljalaskeava kasutuselevõtust Harvey Hubble poolt 1903. aastal. Enne seda ei olnud praktilist võimalust lampi või seadet ajutiselt elektriahelast ühendada ja lahti ühendada. Hubble'i väljalaskeava muutus järk-järgult NEMA 5-15 väljalaskeavaks, mis on tänapäeval tavaline 3-kontaktiline pistik ja pistikupesa kombinatsioon 120-voldiste vooluahelate jaoks.
Pistikupesad, lülitid, lambialused ja muud tavalised seadmed on mõeldud vahelduvvooluahelateks, kuna kõik elamute ja kaubanduslik jõud Põhja-Ameerikas - nagu ka kõikjal maailmas - tuleneb induktsioonist generaatorid. Vahelduvvoolul on erinevad omadused kui alalisvoolul ja see on domineerinud alates lambipirni täiustamise päevast.
Elektrivõrgu koidik
Lambipirni arendamine algas 1806. aastal ja jätkus 19. sajandil, kuni Thomas Edison ja tema kolleegid 1879. aastal seda enam-vähem täiuslikuks muutsid.
Nõudlus hõõglampide järele ületas kohe igaühe võimet neile elektrit toota ja ilmnes vajadus elektrijaamade järele. Nii sai alguse sõjategevus alalisvoolu (DC) ja vahelduvvoolu (AC) jaamade pooldajate vahel - see on väike killuke ajaloost, mida nimetatakse hoovuste sõjaks.
Edison ja tema toetajad olid selgelt alalisvoolu elektritootmise poolel ja teisel poolel oli Serbia insener Nikola Tesla, kes oli olnud Edisoni töötaja. Selle päeva võitis Tesla laager ja üks esimestest vahelduvvoolugeneraatoritest tuli 1892. aastal Niagara juga võrku. Vahelduvvoolu toomine oli osutunud odavamaks tootmiseks ja säästlikum transportida kui alalisvoolu.
Varased vahelduvvooluseadmed olid maandamata ja šokeerivad
Vahelduvvoolu genereerimine põhineb induktsioonigeneraatoril, mis koosneb peamiselt magnetväljas pöörlevast mähisest. Läbi juhi kulgev vool pöörleb ennast iga pöörde korral.
See tähendab, et pooli klemmide ja kõigi nende vahel olevate lambipirnide vahel voolav elekter ei voola otse ühest terminalist muu nagu alalisvool, kuid pöörab end pidevalt tagasi, voolates ühe poolperioodi jooksul ühe terminali poole ja teise poole ajal teise poole tsükkel.
Positiivsete ja negatiivsete klemmide asemel on vahelduvvooluahelal kuumad ja neutraalsed. Kõigi vahelduvvooluahela elektriseadmete puhul on kuum klemm ühendatud elektrigeneraatoriga ja nullklemm on see, mis tagastab voolu generaatorile.
Kui te katkestate vooluahela, jääb kuum terminal pinge alla, kuid neutraalne terminal sureb. Kui puudutate kuuma terminali, saate šoki, kuid neutraalset terminali puudutades ei tunne te midagi.
Kui elektrijaamad võrku tulid, muutusid kodud kogu Põhja-Ameerikas elektrienergiaks ning pesumasinad, tolmuimejad ja elektrikülmikud said kiiresti kättesaadavaks. Šokid olid siiski tavalised. Juhtmed, lülitid ja pistikupesad olid elektriliselt isoleeritud, kuid isolatsioon purunes, mõranes või kulus, jättes paljastatud kuumad juhtmed kokkupuutesse seadme osadega, mida inimesed puudutasid. Tulekahjud olid sagedased kulunud isolatsiooni ja lahtiste ühenduste tõttu.
Kuidas maandamine aitab?
Oletame, et inimene peaks puudutama pingestatud traati või kuuma juhtmega kokkupuutuvat lülitit. Kui inimene hõljuks kuidagi õhus või samaväärselt kandis elektriliselt isoleeritud kingi, ei juhtuks midagi. Kui aga inimene seisaks maas paljaste jalgadega, voolaks elekter läbi inimese keha maa peale, mis on suurim saadaolev elektri valamu.
Inimese südame peatamiseks kulub vaid kümnendik vooluvõimendit (100 mA), nii et kohtumine võib vägagi saatuslikuks saada.
Mõelge nüüd, kas elektril on see tee juhtiva juhtme kaudu juba saadaval. Traat tagab madalama impedantsi tee maapinnale kui inimese keha. (Takistus on vahelduvvooluahelatele mida vastupanu on alalisvooluahelatele).
Elekter valib alati vähima takistuse (impedantsi) tee, nii et kuuma traati puudutav inimene ei saa šokki - või vähemalt mitte nii suurt šokki. See on maandamise põhiidee.
Maandamine on hea ka elektriseadmetele. Kui lühis tekib kulunud isolatsiooni, lahtiste ühenduste või purunenud seadme, maapinna tõttu traat annab elektri jaoks alternatiivse tee, nii et see ei põleta vooluahelat ja ei alusta a tulekahju. See töötab jällegi seetõttu, et maandustee impedants on väiksem kui vooluringi kaudu.
3-kontaktiline pistiku funktsioon
Maandustee vooluringis pole eriti hea, kui teil pole võimalust sellega ühendust luua ja selleks on 3-kontaktilise pistiku kolmas tihvt. Pistik ühendatakse toitejuhtmega, mis omakorda ühendub kasutatava elektriseadmega, olgu see siis vaakum, blender, mootorsaag või töölamp. Aparaadi vooluring on juhtmega nii, et kõik oleks ühendatud selle maandusklemmiga.
Maandusklemm ühendub pistikupesa maandustapi kaudu hoone vooluringi maandusjuhtmega. Kui seadmel on 3-kontaktiline pistik, ei tohiks kunagi mööda minna kolmandast tihvtist, lõigates selle ära või kasutades 3-kontaktilist kuni 2-kontaktilist adapterit. kui teete seda, pole teie kasutatav seade maandatud ja võib olla ohtlik.
3-kontaktilised pistikutraadi värvid pole kogu maailmas ühesugused, kuid need on standardiseeritud kogu Põhja-Ameerikas, sealhulgas Kanadas, Ameerika Ühendriikides ja Mehhikos. Riiklik elektriseadustik (NEC) määrab neutraalse juhtme värvina valge, kuid see ei kehtesta nõudeid kuuma juhtme või maandusjuhtme värvidele. Sellegipoolest on hoolikalt järgitud punase või musta värvi maandustraadi ja rohelist maandusjuhtme kasutamist. Ka maandusjuhtmed jäetakse tavaliselt paljaks.
Miks on mõnel seadmel 2-kontaktilised pistikud?
NEC hakkas nõudma maandatud elektriskeeme pesupesemisruumides 1947. aastal ja laiendas nõuet enamikus teistes kohtades 1956. aastal. Vahetus muutis 2-kontaktilised pistikud ja pistikupesad kõik vananenuks. Ainus kord, kui 2-kontaktiga pistikupesa sai installida, oli olemasoleva väljavahetamine. Kõik uued müügikohad pidid olema 3-kontaktilised.
Kuid tänapäeval on tavaline, et ainult kahe haruga uutel seadmetel nähakse uusi pistikupesasid, millel on ainult kaks pesa ja toitejuhtmed. Kui vaatate neid tähelepanelikult, märkate erinevust, mis eristab neid vananenud, enne 1947. aastat tehtud 2-kontaktilistest pistikutest ja pistikupesadest. Üks harudest on suurem kui teine, mis tähendab, et pistik mahub pistikupessa ainult ühel viisil. Need pistikud ja pistikupesad on polariseeritud. Kuna te ei saa pistiku asendit pesas ümber pöörata, ei saa ka polaarsust ümber pöörata.
Polariseeritud lambis või seadmes ühendub kuum traat lüliti ühe klemmiga ja sisemine vooluahel ühendub teise klemmiga, mis omakorda ühendub neutraalse juhtmega. Lüliti on ülejäänud vooluahelast isoleeritud, nii et kui see on avatud, ei saa miski kuuma traadiga kokku puutuda.
Kui pistikul puuduksid erineva suurusega harud, saaksite polaarsuse ümber pöörata, asetades selle tagurpidi. Kuum traat oleks kontaktis vooluahelaga ja seade võib teile šoki anda. Kuna te ei saa pistikut ega polaarsust ümber pöörata, pole maandus ülioluline ohutusfunktsioon ja pistik ei vaja maandustappi.
Erinevat tüüpi pistikupesad
Siiani arutlusel olnud kolmeharuline pistik on mõeldud 120-voldiste vooluahelate jaoks ja kuni 15 amprise voolu töötlemiseks. See on pistikupesa NEMA 5-15, kus NEMA on riiklik elektritootjate ühendus. Sellel pistikupesal on pesad kolme tihvti jaoks, kuid kuuma ja neutraalse tihvti pesad on erineva suurusega, nii et seda saab kasutada polariseeritud pistikuga.
NEMA 1-15 on selle pistiku 2-kontaktiline polariseeritud versioon. 3-kontaktilised pistikud väljaspool Põhja-Ameerikat ei pruugi olla kooskõlas NEMA standarditega ja neil on tavaliselt erinevad kontaktide konfiguratsioonid.
NEMA 5-15 maandatud pistiku huvitav omadus on see, et maandustihvt on umbes 1/8 tolli pikem kui ülejäänud kaks. Selle taga on loogika, et kui ühendate midagi sisse, võtab maandustihvt kõigepealt kontakti, nii et teil on alati maakaitse. Paljud inimesed paigaldavad NEMA 5-15 väljalaskeava maandustihvtiga kahe teise alla, kuid see on tagurpidi. Maandustihvt peaks olema peal, et vältida ülalt alla kukkuvate juhtmete kontakteerumist.
120- ja 240-voldiste rakenduste käsitsemiseks on olemas terve NEMA-pistikute konfiguratsioonide kataloog. Mõnel 120-voldisel vooluahelal on kaks tihvti ja mõnel kolm. 240-voldiste vooluahelate pistikutel ja mahutitel on tavaliselt neli tihvti, kuna neil vooluahelatel on kaks kuuma traati, nulljuhe ja maandus.
Muide, sageli näete 120-voldiseid pistikuid ja seadmeid märgistusega 125, 115 või 110 volti ja 240-voldiseid 250, 230 ja 220 volti. Need kõik tähendavad sisuliselt samu asju. Põhja-Ameerika liinipinge on nominaalselt 240 volti, mis jaguneb elamupaneelis kaheks 120-voldiseks jalaks. Erinevad vahelduvad pinged tulenevad ülekandeliinide kõikumistest ja pinge langusest vooluahela koormuse ja kauguse tõttu paneelist.
GFCI mahutid pakuvad kaitset maavigade eest
Paljud Põhja-Ameerika kodud ehitati enne, kui NEC nõudis vooluahela maandamist, ning nende maandamata vooluringid ja vananenud 2-kontaktilised turustusvõimalused on "vanaisa". See on tegelikult ebamugavus, sest enamikul kaasaegsetel seadmetel on kas 3-kontaktilised pistikud või polariseeritud ühed. Kuigi 2-kontaktiline pistik on 3-kontaktilises pistikupessa ohutu ühendada, pole vastupidine tõsi ja see jätab seadme ilma maakaitseta.
Lihtsaim lahendus on maanduskatkestuse (GFCI) väljalaskeavade paigaldamine maja aladele, mis vajavad maandatud pistikupesasid. GFCI-l on sisemine kaitselüliti, mis lülitub välja alati, kui väljalaskeava tuvastab voolu ebanormaalse muutuse, mis võib olla põhjustatud sellest, kui keegi puudutab vees seistes elavat kontakti. GFCI suudab küll elektrilööki ära hoida, kuid see ei kaitse tundlikke seadmeid voolu tõusude eest ega ole maandamise täielik asendaja.
GFCI tihvtid on standardses NEMA 5-15 konfiguratsioonis, mis tähendab kahte erineva suurusega vertikaalset pesa ja poolringikujulist maapinda. Tavaliselt ei vajata ühe vooluringi kohta rohkem kui ühte GFCI-d, kuna mis tahes GFCI kaitseb seadmeid, mis on pärast seda vooluringis juhtmega ühendatud. Seetõttu saate kaitsta tervet vooluahelat, muutes ahela esimest väljundit GFCI-ga.