Észak-Amerikában a három csatlakozós csatlakozó azt jelzi, hogy a készüléket földelni tervezték. A földelés dióhéjban a 3 tűs csatlakozó funkciója, de valójában mit jelent?
Valószínűleg hallottad már, hogy ez egy lakossági áramkörbe épített biztonsági funkció, de ha a földelés annyira fontos a biztonság érdekében, miért érkezik néhány új készülékhez 2 tűs csatlakozó a 3 tűs helyett? Spoiler figyelmeztetés: Az a tény, hogy a csapok különböző méretűek, nyomot ad a kérdés megválaszolására.
A tartályok jelentősen megváltoztak azóta, hogy az első levehető aljzatot Harvey Hubble vezette be 1903-ban. Ezt megelőzően nem volt gyakorlati mód a lámpa vagy a készülék ideiglenes csatlakoztatására és leválasztására az elektromos áramkörről. A Hubble kimenete fokozatosan átformálódott a NEMA 5-15 kimenetbe, amely a szokásos 3 tűs csatlakozó és kimenet kombináció, amelyet ma használnak 120 voltos áramkörökhöz.
Az aljzatokat, kapcsolókat, lámpatartókat és más általános eszközöket váltakozó áramú áramkörökhöz tervezték, mert minden lakossági és a kereskedelmi hatalom Észak-Amerikában - csakúgy, mint a világ minden más részén - az indukcióból származik generátorok. A váltóáramú energia jellemzői eltérnek az egyenáramtól, és a villanykörte tökéletesítésének napja óta túlsúlyban vannak.
Az áramhálózat hajnala
A villanykörte kifejlesztése 1806-ban kezdődött és a 19. században folytatódott, amíg Thomas Edison és munkatársai 1879-ben többé-kevésbé tökéletesítették.
Az izzók iránti igény azonnal felülmúlta bárki azon képességét, hogy villamos energiát termeljen számára, és nyilvánvalóvá vált az áramtermelő állomások iránti igény. Így kezdődött a huzavona az egyenáramú (DC) és váltakozó áramú (AC) állomások hívei között - ez a történelem egy kis darabja az áramlatok háborújaként ismert.
Edison és támogatói egyértelműen a DC áramtermelés oldalán álltak, az ellenkező oldalon pedig Nikola Tesla, szerb mérnök volt, aki az Edison alkalmazottja volt. A Tesla tábora nyerte a napot, és az egyik első váltakozó áramú generátor 1892-ben csatlakozott a Niagara-vízeséshez. A váltóáramú energia előállítása olcsóbbnak bizonyult, és gazdaságosabban szállítható, mint az egyenáramú áram.
A korai váltóáramú eszközök megalapozatlanok és sokkolóak voltak
A váltóáramú energia előállítása egy indukciós generátoron alapul, amely lényegében egy mágneses mezőben forgó tekercsből áll. A vezetőn áthaladó áram minden forgatással megfordul.
Ez azt jelenti, hogy a tekercs sorkapcsai és a közöttük lévő összes villanykörte között áramló áram nem közvetlenül az egyik terminálról a más, mint az egyenáram, de ehelyett állandóan megfordítja önmagát, az egyik terminál felé áramlik az egyik fél ciklus alatt, a másik felé pedig a másik fél ciklus alatt ciklus.
Pozitív és negatív kivezetések helyett egy váltakozó áramú áramkörnek meleg és semleges áramköre van. A váltakozó áramú áramkörben lévő bármely elektromos eszköz esetében a forró kapocs az áramfejlesztőhöz csatlakozik, és a semleges kapocs az, amely visszaküldi az áramot a generátorhoz.
Ha megszakítja az áramkört, a forró terminál élve marad, de a semleges terminál kialszik. Ha megérinti a forró terminált, sokkot kap, de semmit sem érez, ha megérinti a semleges terminált.
Amint az erőművek elérhetővé váltak, Észak-Amerikában az otthonok felvillanyoztak, és az elektromos mosógépek, porszívók és elektromos hűtőszekrények gyorsan elérhetővé váltak. A sokkok azonban gyakoriak voltak. A vezetékeket, kapcsolókat és kimeneteket elektromosan szigetelték, de a szigetelés gyakran megrepedt, megrepedt vagy elhasználódott, így a szabadon álló forró vezetékek érintkezésbe kerültek az eszközök olyan részeivel, amelyekhez az emberek hozzáértek. A tűzesetek gyakoriak voltak a kopott szigetelés és a laza csatlakozások miatt.
Hogyan segít a földelés?
Tegyük fel, hogy egy személynek feszültség alatt álló forró vezetéket vagy egy forró vezetékkel érintkező kapcsolót kellett megérintenie. Ha az illető valahogy lebegne a levegőben, vagy ennek megfelelő módon elektromosan szigetelt cipőt viselne, semmi sem történne. Ha azonban az ember mezítelen lábbal állt a földön, az áram a személy testén keresztül a földre áramlott, amely a rendelkezésre álló legnagyobb elektromos mosogató.
Az ember szívének leállításához csak egy áramerősség (100 mA) tizedére van szükség, így a találkozás nagyon is végzetes lehet.
Most vegye fontolóra, hogy a villamos energiának van-e már elérhető vezetéke vezetéken keresztül. A huzal alacsonyabb impedanciájú utat biztosít a föld felé, mint egy emberi test. (Impedancia az a váltakozó áramköröknek mi ellenállás egyenáramú áramkörökhöz).
Az áram mindig a legkisebb ellenállás (impedancia) útját választja, így a forró vezetéket megérintő személy nem kap sokkot - vagy legalábbis nem akkora sokkot. Ez az alapgondolat a földelés mögött.
A földelés elektromos berendezések számára is jó. Ha rövidzárlat lép fel kopott szigetelés, laza csatlakozások vagy törött eszköz, a föld miatt a vezeték alternatív utat biztosít az áram számára, így nem égeti el az áramkört és nem indul el a Tűz. Ez ismét működik, mert a földi út impedanciája kisebb, mint az áramkörön keresztül.
A 3 tűs csatlakozó funkció
Az áramkör földi útja nem sok jó, ha nincs módja csatlakozni hozzá, és erre szolgál a 3 tűs csatlakozó harmadik csapja. A dugó csatlakozik egy tápkábelhez, amely viszont a használt elektromos készülékhez csatlakozik, legyen szó vákuumról, turmixgépről, motoros fűrésszel vagy munkalámpáról. A berendezés áramköre úgy van bekötve, hogy minden csatlakozik a földelés termináljához.
A földelő csatlakozó a csatlakozó földelőcsapján keresztül csatlakozik az épület áramkörének földelő vezetékéhez. Ha egy készülék 3 tűs csatlakozóval rendelkezik, soha ne kerülje meg a harmadik érintkezőt úgy, hogy levágja, vagy 3 tűs és 2 tűs adapterrel használja. ha ezt megteszi, az Ön által használt eszköz nincs földelve, és veszélyes lehet.
A 3 tűs dugaszhuzal színei az egész világon nem azonosak, de Észak-Amerikában, Kanadában, az Egyesült Államokban és Mexikóban is szabványosítottak. A Nemzeti Elektromos Szabályzat (NEC) a fehér színt határozza meg a semleges vezeték színéül, de nem határoz meg követelményeket a forró vezeték vagy a földelő vezeték színeire vonatkozóan. Mindazonáltal szorosan követik az egyezményt, amely szerint a forró vezetékhez pirosat vagy feketét, a testvezetékhez pedig zöldet használnak. A földelő vezetékek is általában csupaszok.
Miért vannak egyes készülékek 2 tűs csatlakozókkal?
A NEC 1947-ben megkezdte a földelt áramkörök előírását a mosókonyhákban, és 1956-ban kiterjesztette a követelményt a legtöbb más helyre. A váltás miatt 2 tűs csatlakozók és aljzatok elavultak. A két tűs aljzatot csak akkor telepíthette, amikor meglévőt cserélt. Minden új kivezetésnek 3 tűsnek kellett lennie.
Mégis manapság gyakori, hogy új, csak két nyílással rendelkező hálózati csatlakozókat és tápkábeleket látnak az új készülékeken, amelyek csak két villával rendelkeznek. Ha alaposan megnézi ezeket, akkor észreveszi azt a különbséget, amely megkülönbözteti őket az elavult, 1947 előtti, 2 tűs csatlakozóktól és csatlakozóktól. Az egyik ág nagyobb, mint a másik, ami azt jelenti, hogy a dugó csak egyféleképpen fér bele az aljzatba. Ezek a csatlakozók és csatlakozók vannak polarizált. Mivel nem tudja megfordítani a dugó helyzetét a foglalatban, nem változtathatja meg a polaritást.
Polarizált lámpában vagy készülékben a forró vezeték csatlakozik a kapcsoló egyik termináljához, a belső áramkör pedig a másik terminálhoz, amely viszont a semleges vezetékhez. A kapcsoló le van szigetelve az áramkör többi részétől, így amikor nyitva van, semmi sem érintkezhet a forró vezetékkel.
Ha a dugó nem rendelkezne különböző méretű szárakkal, akkor megfordíthatja a polaritást fejjel lefelé helyezve. A forró vezeték érintkezésbe kerül az áramkörökkel, és az eszköz sokkot okozhat. Mivel a dugót vagy a polaritást nem lehet megfordítani, a földelés nem kulcsfontosságú biztonsági funkció, és a dugónak nincs szüksége földelő csapra.
Különböző típusú elektromos aljzatok
Az eddig tárgyalt háromágú csatlakozó 120 voltos áramkörökhöz készült, és legfeljebb 15 amperes áram kezelésére szolgál. Ez a NEMA 5-15 dugaszolóaljzat, ahol a NEMA az Országos Elektromos Gyártók Szövetsége. Ennek a csatlakozónak három érintkezős nyílása van, de a forró és a semleges csapos nyílások különböző méretűek, így polarizált dugóval használható.
A NEMA 1-15 a dugó 2 tűs, polarizált változata. Az Észak-Amerikán kívüli 3 tűs csatlakozók nem feltétlenül felelnek meg a NEMA szabványoknak, és általában különböző tűk konfigurációval rendelkeznek.
A NEMA 5-15 földelt dugó érdekes tulajdonsága, hogy a földelő csap kb. 1/8 hüvelyk hosszabb, mint a másik kettő. Ennek logikája az, hogy amikor valamit bedugaszol, a földelőcsap először érintkezik, így mindig földvédelemmel rendelkezik. Sokan úgy telepítik a NEMA 5-15 kimenetet, hogy a földcsap a másik kettő alatt van, de ez fejjel lefelé van. A földelőcsapnak a tetején kell lennie, nehogy bármi, ami felülről esik, érintkezzen a vezető csapokkal.
A NEMA dugókonfigurációk teljes katalógusa létezik a 120 és 240 voltos alkalmazások kezelésére. Néhány 120 voltos áramkör két érintkezõvel rendelkezik, más részük pedig három. A 240 voltos áramkörök csatlakozóinak és csatlakozóinak általában négy csapja van, mivel ezeknek az áramköröknek két forró vezetékük van, egy semleges vezeték és egy földelés.
Egyébként gyakran látni 120 voltos csatlakozókat és készülékeket 125, 115 vagy 110 voltos címkékkel és 240 voltosakat 250, 230 és 220 voltos felirattal. Ezek lényegében ugyanazokat a dolgokat jelentik. Észak-Amerikában a hálózati feszültség névlegesen 240 volt, amely két 120 voltos lábra oszlik a lakossági panelben. A különféle alternatív feszültségek az átviteli vezetékek ingadozásainak és az áramkör terhelésének és a paneltől való távolságnak a feszültségeséséből adódnak.
A GFCI-tartályok földi védelmet nyújtanak
Észak-Amerikában sok otthont építettek, mielőtt a NEC áramköri földelést igényelt volna, és földeletlen áramköreik és elavult 2 tűs az üzletek "nagypapák". Ez valójában kellemetlenség, mert a legtöbb modern eszköz vagy 3 tűs dugóval rendelkezik, vagy polarizált azok. Bár biztonságosan csatlakoztathat egy 2 tűs csatlakozót egy 3 tűs aljzatba, a fordítottja nem igaz, és földvédelem nélkül hagyja a készüléket.
A legegyszerűbb megoldás az, ha földi megszakító (GFCI) kimeneteket telepítenek a ház olyan területeire, ahol földelt kimenetekre van szükség. A GFCI-nek van egy belső megszakítója, amely akkor kapcsol ki, amikor a kimenet az áram kóros változását észleli, például azt, amelyet az okozhat, ha valaki vízben állva érint egy élő kontaktust. A GFCI megakadályozhatja az áramütést, de nem védi az érzékeny berendezéseket a jelenlegi túlfeszültségektől és nem helyettesíti teljes mértékben a földelést.
A GFCI csapjai a szokásos NEMA 5-15 konfigurációban vannak, ami két függőleges rést jelent, mindegyik különböző méretű, és egy félkör alakú földrést. Áramkörönként általában egynél több GFCI-re nincs szükség, mert minden GFCI megvédi az utána vezetékes eszközöket az áramkörben. Ezért egy teljes áramkört megvédhet azáltal, hogy az áramkör első kimenetét GFCI-vel megváltoztatja.