En Amérique du Nord, une prise d'appareil à trois broches signifie que l'appareil est conçu pour être mis à la terre. La mise à la terre est la fonction d'une connexion à 3 broches en un mot, mais qu'est-ce que cela signifie réellement ?
Vous avez probablement entendu dire qu'il s'agit d'une fonction de sécurité intégrée aux circuits résidentiels, mais si la mise à la terre est si importante pour la sécurité, pourquoi certains nouveaux appareils sont-ils livrés avec des prises à 2 broches au lieu de 3 broches? Alerte spoiler: le fait que les broches soient de tailles différentes fournit un indice pour la réponse à cette question.
Les prises ont considérablement changé depuis l'introduction de la première prise détachable par Harvey Hubble en 1903. Avant cela, il n'y avait aucun moyen pratique de connecter et de déconnecter temporairement une lampe ou un appareil d'un circuit électrique. La prise de Hubble s'est progressivement transformée en prise NEMA 5-15, qui est la combinaison standard de prise et de prise à 3 broches utilisée aujourd'hui pour les circuits de 120 volts.
Les prises, interrupteurs, culots de lampes et autres appareils courants sont conçus pour les circuits CA car tous les la puissance commerciale en Amérique du Nord - ainsi que dans toutes les autres parties du monde - vient de l'induction générateurs. L'alimentation CA a des caractéristiques différentes de l'alimentation CC, et elle prédomine depuis le jour où l'ampoule a été perfectionnée.
L'aube du réseau électrique
Le développement de l'ampoule a commencé en 1806 et s'est poursuivi tout au long du XIXe siècle jusqu'à ce qu'il soit plus ou moins perfectionné par Thomas Edison et ses collègues en 1879.
La demande d'ampoules à incandescence a immédiatement dépassé la capacité de quiconque à produire de l'électricité pour eux, et le besoin de centrales électriques est devenu évident. C'est ainsi qu'a commencé un bras de fer entre les partisans des centrales à courant continu (CC) et des centrales à courant alternatif (CA) – un petit morceau d'histoire connu sous le nom de Guerre des courants.
Edison et ses partisans étaient clairement du côté de la production d'électricité à courant continu, et de l'autre côté se trouvait Nikola Tesla, un ingénieur serbe qui avait été un employé d'Edison. Le camp de Tesla a remporté la victoire et l'un des premiers générateurs à courant alternatif a été mis en service à Niagara Falls en 1892. Le courant alternatif s'est avéré moins coûteux à produire et plus économique à transporter que le courant continu.
Les premiers appareils à courant alternatif n'étaient pas mis à la terre et étaient choquants
La génération de courant alternatif repose sur un générateur à induction, qui consiste essentiellement en une bobine en rotation dans un champ magnétique. Le courant qui traverse le conducteur s'inverse à chaque rotation.
Cela signifie que l'électricité qui circule entre les bornes de la bobine et toutes les ampoules entre elles ne circule pas directement d'une borne à la autre que le courant continu, mais s'inverse constamment, circulant vers une borne pendant un demi-cycle et vers l'autre pendant l'autre moitié cycle.
Au lieu de bornes positives et négatives, un circuit CA a des bornes chaudes et neutres. Pour tout appareil électrique dans un circuit CA, la borne chaude est celle connectée au générateur d'électricité et la borne neutre est celle qui renvoie l'alimentation au générateur.
Si vous coupez le circuit, la borne chaude reste sous tension, mais la borne neutre devient morte. Si vous touchez la borne chaude, vous aurez un choc, mais vous ne sentirez rien si vous touchez la borne neutre.
Avec la mise en service des centrales électriques, les maisons de toute l'Amérique du Nord sont devenues électrifiées et les machines à laver, les aspirateurs et les réfrigérateurs électriques sont devenus rapidement disponibles. Cependant, les chocs étaient fréquents. Les fils, les interrupteurs et les prises étaient isolés électriquement, mais l'isolant était fréquemment ébréché, fissuré ou usé, laissant les fils chauds exposés en contact avec les parties des appareils que les gens touchaient. Les incendies étaient fréquents en raison de l'usure de l'isolation et des connexions desserrées.
Comment la mise à la terre aide-t-elle?
Supposons qu'une personne touche un fil chaud sous tension, ou un interrupteur en contact avec un fil chaud. Si la personne flottait d'une manière ou d'une autre dans les airs ou, de manière équivalente, portait des chaussures isolées électriquement, rien ne se passerait. Si la personne se tenait pieds nus sur le sol, l'électricité traverserait le corps de la personne jusqu'à la terre, qui est le plus grand puits électrique disponible.
Il ne faut qu'un dixième d'ampère de courant (100 mA) pour arrêter le cœur d'une personne, donc la rencontre pourrait très bien être fatale.
Considérez maintenant si l'électricité a déjà ce chemin disponible à travers un fil conducteur. Le fil fournit un chemin d'impédance inférieure à la terre qu'un corps humain. (Impédance est aux circuits AC quoi la résistance est aux circuits CC).
L'électricité choisit toujours le chemin de moindre résistance (impédance), de sorte que la personne qui touche le fil chaud ne recevra pas de choc - ou du moins, pas un choc aussi important. C'est l'idée de base derrière la mise à la terre.
La mise à la terre est également bonne pour les équipements électriques. Si un court-circuit se produit en raison d'une isolation usée, de connexions desserrées ou d'un appareil cassé, la mise à la terre le fil fournit un chemin alternatif pour l'électricité afin qu'il ne brûle pas le circuit et ne démarre pas un Feu. Encore une fois, cela fonctionne parce que l'impédance du chemin de terre est inférieure à celle à travers le circuit.
La fonction de prise à 3 broches
Un chemin de terre dans le circuit n'est pas très bon si vous n'avez pas de moyen de vous y connecter, et c'est à cela que sert la troisième broche d'une prise à 3 broches. La fiche se connecte à un cordon d'alimentation qui se connecte à son tour à l'appareil électrique utilisé, qu'il s'agisse d'un aspirateur, d'un mélangeur, d'une scie électrique ou d'une lampe de travail. Les circuits de l'appareil sont câblés de manière à ce que tout soit connecté à sa borne de terre.
La borne de terre se connecte au fil de terre dans les circuits du bâtiment via la broche de terre sur la prise. Si un appareil a une prise à 3 broches, vous ne devez jamais contourner la troisième broche en la coupant ou en utilisant un adaptateur 3 broches à 2 broches. si vous faites cela, l'appareil que vous utilisez n'est pas mis à la terre et peut être dangereux.
Les couleurs des fils de la prise à 3 broches ne sont pas les mêmes partout dans le monde, mais elles sont normalisées dans toute l'Amérique du Nord, y compris au Canada, aux États-Unis et au Mexique. Le National Electrical Code (NEC) spécifie le blanc comme couleur du fil neutre, mais il n'établit aucune exigence pour les couleurs du fil chaud ou du fil de terre. Néanmoins, il existe une convention étroitement suivie pour utiliser le rouge ou le noir pour le fil chaud et le vert pour le fil de terre. Les fils de terre sont également généralement laissés nus.
Pourquoi certains appareils ont-ils des prises à 2 broches ?
Le NEC a commencé à exiger des circuits mis à la terre dans les buanderies en 1947 et a étendu l'exigence à la plupart des autres emplacements en 1956. Le changement a rendu les prises et les prises à 2 broches presque obsolètes. La seule fois où vous pouviez installer une prise à 2 broches, c'était lorsque vous remplaciez une prise existante. Toutes les nouvelles prises devaient être à 3 broches.
Pourtant, aujourd'hui, il est courant de voir de nouvelles prises avec seulement deux emplacements et des cordons d'alimentation sur de nouveaux appareils avec seulement deux broches. Si vous les regardez de près, vous remarquerez la différence qui les distingue des prises et prises à 2 broches obsolètes d'avant 1947. L'une des broches est plus grande que l'autre, ce qui signifie que la fiche ne peut s'insérer dans la prise que dans un sens. Ces fiches et prises sont polarisé. Comme vous ne pouvez pas inverser l'orientation de la fiche dans la prise, vous ne pouvez pas inverser la polarité.
Dans une lampe ou un appareil polarisé, le fil chaud se connecte à une borne de l'interrupteur et le circuit interne se connecte à l'autre borne, qui à son tour se connecte au fil neutre. L'interrupteur est isolé du reste du circuit, donc lorsqu'il est ouvert, rien ne peut entrer en contact avec le fil chaud.
Si la fiche n'avait pas de broches de tailles différentes, vous pourriez inverser la polarité en la mettant à l'envers. Le fil chaud serait en contact avec les circuits, et l'appareil pourrait potentiellement vous donner un choc. Parce que vous ne pouvez pas inverser la fiche ou la polarité, la mise à la terre n'est pas une caractéristique de sécurité cruciale et la fiche n'a pas besoin de broche de mise à la terre.
Différents types de prises électriques
La prise à 3 broches dont il est question jusqu'à présent est conçue pour des circuits de 120 volts et pour gérer jusqu'à 15 ampères de courant. Il s'agit de la prise et de la prise NEMA 5-15, où NEMA est la National Electrical Manufacturer's Association. Cette prise a des fentes pour trois broches, mais les fentes pour broches chaudes et neutres sont de tailles différentes, elle peut donc être utilisée avec une fiche polarisée.
La NEMA 1-15 est la version polarisée à 2 broches de cette fiche. Les prises à 3 broches en dehors de l'Amérique du Nord ne sont pas nécessairement conformes aux normes NEMA et ont généralement des configurations de broches différentes.
Une caractéristique intéressante de la prise mise à la terre NEMA 5-15 est que la broche de mise à la terre est environ 1/8 pouces plus longue que les deux autres. La logique derrière cela est que, lorsque vous branchez quelque chose, la broche de terre entre en contact en premier, vous avez donc toujours une protection à la terre. De nombreuses personnes installent la prise NEMA 5-15 avec la broche de mise à la terre sous les deux autres, mais c'est à l'envers. La broche de terre doit être sur le dessus pour empêcher tout ce qui tombe du dessus d'entrer en contact avec les broches conductrices.
Un catalogue complet de configurations de prises NEMA existe pour gérer les applications 120 et 240 volts. Certains circuits de 120 volts ont deux broches et certains en ont trois. Les fiches et les prises pour les circuits de 240 volts ont généralement quatre broches, car ces circuits ont deux fils chauds, un fil neutre et une terre.
Soit dit en passant, vous voyez souvent des prises et des appareils de 120 volts étiquetés 125, 115 ou 110 volts et 240 volts étiquetés 250, 230 et 220 volts. Tout cela signifie essentiellement les mêmes choses. La tension de ligne en Amérique du Nord est nominalement de 240 volts, qui est divisée en deux branches de 120 volts dans le panneau résidentiel. Les diverses tensions alternatives sont dues aux fluctuations des lignes de transmission et aux chutes de tension dues à la charge du circuit et à la distance par rapport au panneau.
Les prises GFCI offrent une protection contre les défauts à la terre
De nombreuses maisons en Amérique du Nord ont été construites avant que le NEC n'exige une mise à la terre des circuits, ainsi que leurs circuits non mis à la terre et leurs 2 broches obsolètes. les points de vente bénéficient de droits acquis. C'est en fait un inconvénient, car la plupart des appareils modernes ont des prises à 3 broches ou polarisées ceux. Bien qu'il soit sûr de brancher une fiche à 2 broches dans une prise à 3 broches, l'inverse n'est pas vrai et laisse l'appareil sans protection à la terre.
La solution de contournement la plus simple consiste à installer des prises de courant de fuite à la terre (GFCI) dans les zones de la maison qui ont besoin de prises de terre. Un GFCI a un disjoncteur interne qui se déclenche chaque fois que la prise détecte un changement anormal de courant, comme celui qui serait causé par quelqu'un touchant un contact sous tension tout en se tenant dans l'eau. Un GFCI peut empêcher l'électrocution, mais il ne protège pas les équipements sensibles des surtensions et ne remplace pas complètement la mise à la terre.
Les broches d'un GFCI sont dans la configuration standard NEMA 5-15, ce qui signifie deux fentes verticales, chacune de tailles différentes, et une fente de mise à la terre semi-circulaire. Vous n'avez généralement pas besoin de plus d'un GFCI par circuit car tout GFCI protégera les appareils câblés après lui dans le circuit. Vous pouvez donc protéger un circuit entier en changeant la première prise du circuit avec un GFCI.