In Nord America, una spina dell'apparecchio con tre pin indica che l'apparecchio è progettato per essere messo a terra. La messa a terra è in poche parole la funzione di una connessione a spina a 3 poli, ma cosa significa in realtà?
Probabilmente hai sentito dire che si tratta di una funzione di sicurezza integrata nei circuiti residenziali, ma se la messa a terra è così importante per la sicurezza, perché alcuni nuovi apparecchi sono dotati di spine a 2 pin anziché a 3 pin? Avviso spoiler: il fatto che i pin siano di dimensioni diverse fornisce un indizio per la risposta a questa domanda.
I recipienti sono cambiati notevolmente da quando la prima presa staccabile è stata introdotta da Harvey Hubble nel 1903. Prima di allora, non esisteva un modo pratico per collegare e scollegare temporaneamente una lampada o un apparecchio da un circuito elettrico. La presa di Hubble si è gradualmente trasformata nella presa NEMA 5-15, che è la combinazione standard di presa e spina a 3 pin in uso oggi per i circuiti a 120 volt.
Prese, interruttori, basi per lampade e altri dispositivi comuni sono progettati per circuiti CA perché tutti residenziali e il potere commerciale in Nord America – così come in ogni altra parte del mondo – deriva dall'induzione generatori. La corrente alternata ha caratteristiche diverse dalla corrente continua ed è predominante dal giorno in cui è stata perfezionata la lampadina.
L'alba della rete elettrica
Lo sviluppo della lampadina iniziò nel 1806 e continuò per tutto il XIX secolo fino a quando fu più o meno perfezionato da Thomas Edison e dai suoi colleghi nel 1879.
La domanda di lampadine a incandescenza ha immediatamente superato la capacità di chiunque di produrre elettricità per loro e la necessità di centrali elettriche è diventata evidente. Iniziò così un tiro alla fune tra i sostenitori delle stazioni di generazione di corrente continua (CC) e delle stazioni di corrente alternata (CA), un piccolo pezzo di storia noto come la Guerra delle Correnti.
Edison ei suoi sostenitori erano chiaramente dalla parte della generazione di corrente continua, e dalla parte opposta c'era Nikola Tesla, un ingegnere serbo che era stato un dipendente di Edison. Il campo di Tesla vinse e uno dei primi generatori di corrente alternata entrò in funzione alle Cascate del Niagara nel 1892. La corrente alternata si era dimostrata meno costosa da produrre e più economica da trasportare rispetto alla corrente continua.
I primi dispositivi AC erano senza messa a terra e scioccanti
La generazione di corrente alternata si basa su un generatore di induzione, che consiste essenzialmente in una bobina rotante in un campo magnetico. La corrente che attraversa il conduttore si inverte ad ogni rotazione.
Ciò significa che l'elettricità che scorre tra i terminali della bobina e tutte le lampadine tra di loro non scorre direttamente da un terminale al altro come fa la corrente continua, ma invece si inverte costantemente, scorrendo verso un terminale durante un mezzo ciclo e verso l'altro durante l'altra metà ciclo.
Invece di terminali positivi e negativi, un circuito CA ha terminali caldi e neutri. Per qualsiasi dispositivo elettrico in un circuito CA, il terminale caldo è quello collegato al generatore di corrente e il terminale neutro è quello che restituisce l'energia al generatore.
Se si interrompe il circuito, il terminale caldo rimane sotto tensione, ma il terminale neutro si spegne. Se tocchi il terminale caldo, riceverai uno shock, ma non sentirai nulla se tocchi il terminale neutro.
Con l'attivazione delle centrali elettriche, le case di tutto il Nord America sono diventate elettrificate e sono diventate rapidamente disponibili lavatrici elettriche, aspirapolvere e frigoriferi elettrici. Gli shock erano comuni, tuttavia. Fili, interruttori e prese erano isolati elettricamente, ma l'isolamento spesso si scheggiava, si incrinava o si consumava, lasciando i fili caldi esposti a contatto con le parti dei dispositivi che le persone toccavano. Gli incendi erano frequenti a causa dell'isolamento usurato e dei collegamenti allentati.
In che modo la messa a terra aiuta?
Supponiamo che una persona tocchi un filo caldo sotto tensione o un interruttore a contatto con un filo caldo. Se la persona fluttuasse in qualche modo nell'aria o, equivalentemente, indossasse scarpe isolate elettricamente, non accadrebbe nulla. Se la persona fosse in piedi a terra a piedi nudi, tuttavia, l'elettricità fluirebbe attraverso il corpo della persona verso la terra, che è il più grande dissipatore elettrico disponibile.
Ci vuole solo un decimo di ampere di corrente (100 mA) per fermare il cuore di una persona, quindi l'incontro potrebbe benissimo essere fatale.
Ora considera se l'elettricità ha già quel percorso disponibile attraverso un filo conduttore. Il filo fornisce un percorso a bassa impedenza verso terra rispetto a un corpo umano. (Impedenza è per i circuiti AC cosa? resistenza è ai circuiti CC).
L'elettricità sceglie sempre il percorso di minor resistenza (impedenza), in modo che la persona che tocca il filo caldo non subisca uno shock, o almeno, uno shock non così grande. Questa è l'idea alla base della messa a terra.
La messa a terra è buona anche per le apparecchiature elettriche. Se si verifica un cortocircuito a causa di isolamento usurato, collegamenti allentati o dispositivo rotto, la messa a terra il cavo fornisce un percorso alternativo per l'elettricità in modo che non bruci il circuito e inizi a fuoco. Ancora una volta, questo funziona perché l'impedenza del percorso di terra è inferiore a quella attraverso il circuito.
La funzione della spina a 3 pin
Un percorso di massa nel circuito non è molto buono se non hai un modo per collegarti ad esso, ed è a questo che serve il terzo pin su una spina a 3 pin. La spina si collega a un cavo di alimentazione che a sua volta si collega all'apparato elettrico in uso, che si tratti di un aspirapolvere, frullatore, sega elettrica o lampada da lavoro. Il circuito dell'apparato è cablato in modo che tutto sia collegato al suo terminale di terra.
Il terminale di terra si collega al filo di terra nei circuiti dell'edificio tramite il pin di terra sulla spina. Se un apparecchio ha una spina a 3 pin, non dovresti mai bypassare il terzo pin tagliandolo o usando un adattatore da 3 pin a 2 pin. se lo fai, il dispositivo che stai utilizzando non è collegato a terra e potrebbe essere pericoloso.
I colori dei cavi della spina a 3 pin non sono gli stessi in tutto il mondo, ma sono standardizzati in tutto il Nord America, inclusi Canada, Stati Uniti e Messico. Il National Electrical Code (NEC) specifica il bianco come colore del filo neutro, ma non stabilisce alcun requisito per i colori del filo caldo o del filo di terra. Tuttavia, esiste una convenzione molto seguita per utilizzare il rosso o il nero per il filo caldo e il verde per il filo di terra. Anche i cavi di terra sono comunemente lasciati scoperti.
Perché alcuni apparecchi hanno spine a 2 pin?
Il NEC iniziò a richiedere circuiti di messa a terra nelle lavanderie nel 1947 e estese il requisito alla maggior parte delle altre località nel 1956. Il cambiamento ha reso quasi obsolete le spine e le prese a 2 pin. L'unica volta che potevi installare una presa a 2 pin era quando ne sostituivi una esistente. Tutte le nuove prese dovevano essere a 3 pin.
Eppure oggi è comune vedere nuove prese con solo due slot e cavi di alimentazione su nuovi apparecchi con solo due poli. Se osservi attentamente questi, tuttavia, noterai la differenza che li distingue dagli obsoleti, pre-1947, spine e prese a 2 pin. Uno dei poli è più grande dell'altro, il che significa che la spina può essere inserita nella presa solo in un modo. Queste spine e prese sono polarizzato. Poiché non è possibile invertire l'orientamento della spina nella presa, non è possibile invertire la polarità.
In una lampada o apparecchio polarizzato, il filo caldo si collega a un terminale dell'interruttore e il circuito interno si collega all'altro terminale, che a sua volta si collega al filo neutro. L'interruttore è isolato dal resto del circuito, quindi quando è aperto nulla può entrare in contatto con il filo caldo.
Se la spina non avesse poli di dimensioni diverse, saresti in grado di invertire la polarità mettendola sottosopra. Il filo caldo sarebbe in contatto con i circuiti e il dispositivo potrebbe potenzialmente darti uno shock. Poiché non è possibile invertire la spina o la polarità, la messa a terra non è una caratteristica di sicurezza cruciale e la spina non ha bisogno di un pin di terra.
Diversi tipi di prese elettriche
La spina a 3 poli in discussione finora è progettata per circuiti a 120 volt e per gestire fino a 15 ampere di corrente. È la spina e la presa NEMA 5-15, dove NEMA è la National Electrical Manufacturer's Association. Questa presa ha slot per tre pin, ma gli slot per pin caldo e neutro sono di dimensioni diverse, quindi può essere utilizzata con una spina polarizzata.
Il NEMA 1-15 è la versione polarizzata a 2 pin di questa spina. Le spine a 3 pin al di fuori del Nord America non sono necessariamente conformi agli standard NEMA e di solito hanno configurazioni di pin diverse.
Una caratteristica interessante della spina con messa a terra NEMA 5-15 è che il pin di terra è circa 1/8 di pollice più lungo degli altri due. La logica dietro questo è che, quando si collega qualcosa, il pin di terra entra in contatto per primo, quindi hai sempre una protezione a terra. Molte persone installano la presa NEMA 5-15 con il pin di terra sotto gli altri due, ma è capovolto. Il pin di terra dovrebbe essere in alto per evitare che tutto ciò che cade dall'alto entri in contatto con i pin conduttori.
Esiste un intero catalogo di configurazioni di spine NEMA per gestire applicazioni a 120 e 240 volt. Alcuni circuiti a 120 volt hanno due pin e alcuni ne hanno tre. Spine e prese per circuiti a 240 volt di solito hanno quattro pin, perché questi circuiti hanno due fili caldi, un filo neutro e una terra.
A proposito, vedi spesso spine ed elettrodomestici da 120 volt etichettati come 125, 115 o 110 volt e quelli da 240 volt etichettati come 250, 230 e 220 volt. Tutti questi significano essenzialmente le stesse cose. La tensione di linea in Nord America è nominalmente di 240 volt, che è divisa in due gambe da 120 volt nel pannello residenziale. Le varie tensioni alternate sono dovute a fluttuazioni nelle linee di trasmissione e cadute di tensione dovute al carico del circuito e alla distanza dal quadro.
Le prese GFCI forniscono protezione dai guasti a terra
Molte case in Nord America sono state costruite prima che il NEC richiedesse la messa a terra del circuito e i loro circuiti senza messa a terra e gli obsoleti 2 pin i punti vendita sono "nonno". In realtà è un inconveniente, perché la maggior parte dei dispositivi moderni ha spine a 3 pin o polarizzate quelli. Sebbene sia sicuro inserire una spina a 2 pin in una presa a 3 pin, non è vero il contrario e lascia il dispositivo senza protezione a terra.
La soluzione più semplice consiste nell'installare prese con interruttore di circuito di guasto a terra (GFCI) nelle aree della casa che necessitano di prese con messa a terra. Un GFCI ha un interruttore interno che scatta ogni volta che la presa rileva un cambiamento anomalo nella corrente, come sarebbe causato da qualcuno che tocca un contatto sotto tensione mentre si trova in acqua. Un GFCI può prevenire la folgorazione, ma non protegge le apparecchiature sensibili dai picchi di corrente e non è un sostituto completo della messa a terra.
I pin di un GFCI sono nella configurazione standard NEMA 5-15, il che significa due slot verticali, ciascuno di dimensioni diverse, e uno slot di messa a terra semicircolare. Di solito non è necessario più di un GFCI per circuito perché qualsiasi GFCI proteggerà i dispositivi cablati dopo di esso nel circuito. È quindi possibile proteggere un intero circuito sostituendo la prima uscita del circuito con un GFCI.