I Nord-Amerika betyr en stikkontakt med tre pinner at apparatet er designet for å være jordet. Jording er funksjonen til en 3-pinners pluggforbindelse i et nøtteskall, men hva betyr det egentlig?
Du har sikkert hørt at det er en sikkerhetsfunksjon innebygd i boligkretser, men hvis jording er så viktig for sikkerheten, hvorfor kommer noen nye apparater med 2-pinners plugg i stedet for 3-pinners? Spoilervarsel: Det faktum at pinnene har forskjellige størrelser, gir en anelse om svaret på dette spørsmålet.
Beholderne har endret seg betydelig siden den første avtakbare stikkontakten ble introdusert av Harvey Hubble i 1903. Før det var det ingen praktisk måte å koble til og fra en lampe eller et apparat midlertidig fra en elektrisk krets. Hubbles utløp forvandlet seg gradvis inn i NEMA 5-15-uttaket, som er standard 3-pinners plugg og uttakskombinasjon som brukes i dag for 120 volt kretser.
Stikkontakter, brytere, lyskilder og andre vanlige enheter er designet for vekselstrømskretser fordi alle boliger og kommersiell kraft i Nord-Amerika - så vel som i alle andre deler av verden - kommer fra induksjon generatorer. Vekselstrøm har andre egenskaper enn likestrøm, og den har dominert siden den dagen lyspæren ble perfeksjonert.
The Dawn of the Power Grid
Utviklingen av lyspæren begynte i 1806 og fortsatte gjennom 1800-tallet til den ble mer eller mindre perfeksjonert av Thomas Edison og hans kolleger i 1879.
Etterspørselen etter glødepærer overgikk umiddelbart en persons evne til å produsere elektrisitet til dem, og behovet for kraftproduksjonsstasjoner ble tydelig. Dermed begynte en dragkamp mellom talsmenn for likestrømsgenerasjonsstasjoner og vekselstrømstasjoner - et lite stykke historie kjent som Strømkrigen.
Edison og hans støttespillere var tydeligvis på siden av DC-kraftproduksjon, og på motsatt side var Nikola Tesla, en serbisk ingeniør som hadde vært ansatt hos Edison. Teslas leir vant dagen, og en av de første vekselstrømsgeneratorene kom online på Niagara Falls i 1892. Vekselstrøm hadde vist seg å være billigere å produsere og mer økonomisk å transportere enn likestrøm.
Tidlige AC-enheter var ujordede og sjokkerende
Generasjonen av vekselstrøm er avhengig av en induksjonsgenerator, som i det vesentlige består av en roterende spole i et magnetfelt. Strømmen som går gjennom lederen reverserer seg selv ved hver rotasjon.
Dette betyr at elektrisiteten som strømmer mellom spoleterminalene og alle lyspærene mellom dem ikke strømmer direkte fra en terminal til annet som likestrøm gjør, men i stedet reverserer seg kontinuerlig og flyter mot den ene terminalen i løpet av den ene halvsyklusen og mot den andre i den andre halvdelen syklus.
I stedet for positive og negative terminaler har en vekselstrømskrets varme og nøytrale. For alle elektriske enheter i en vekselstrømskrets er den varme terminalen den som er koblet til strømgeneratoren, og den nøytrale terminalen er den som returnerer strømmen til generatoren.
Hvis du bryter kretsen, forblir den varme terminalen levende, men den nøytrale terminalen blir død. Hvis du berører den varme terminalen, vil du få et sjokk, men du vil ikke føle noe hvis du berører den nøytrale terminalen.
Da kraftstasjoner kom på nett, ble hjem i hele Nord-Amerika elektrisisert, og kraftvaskemaskiner, støvsugere og elektriske kjøleskap ble raskt tilgjengelig. Sjokk var imidlertid vanlig. Ledninger, brytere og uttak ble isolert, men isolasjonen ble ofte fliset, sprukket eller slitt av, og etterlot eksponerte varme ledninger i kontakt med deler av enhetene folk berørte. Brann var hyppig på grunn av slitt isolasjon og løse forbindelser.
Hvordan hjelper jording?
Anta at en person skulle berøre en live hot wire, eller en bryter i kontakt med en hot wire. Hvis personen på en eller annen måte svevde i luften eller, tilsvarende, hadde på seg elektrisk isolerte sko, ville ingenting skje. Men hvis personen stod på bakken med bare føtter, ville strømmen strømme gjennom personens kropp til jorden, som er den største tilgjengelige elektriske vasken.
Det tar bare en tidel av en strømforsterker (100 mA) å stoppe en persons hjerte, så møtet kan meget vel være dødelig.
Tenk nå om elektrisiteten allerede har den banen tilgjengelig gjennom en ledende ledning. Ledningen gir en lavere impedansbane til bakken enn en menneskekropp. (Impedans er til AC-kretser hva motstand er til likestrømskretser).
Elektrisitet velger alltid veien for minst motstand (impedans), slik at personen som berører den varme ledningen ikke får et støt - eller i det minste ikke så stort støt. Det er den grunnleggende ideen bak jording.
Jording er også bra for elektrisk utstyr. Hvis det oppstår kortslutning på grunn av slitt isolasjon, løse forbindelser eller en ødelagt enhet, bakken ledningen gir en alternativ bane for strømmen, slik at den ikke brenner ut kretsen og starter en Brann. Igjen, dette fungerer fordi impedansen til bakken er mindre enn den gjennom kretsen.
3-pinners pluggfunksjon
En bakkebane i kretsløpet er ikke så bra hvis du ikke har en måte å koble til det, og det er det den tredje pinnen på en 3-pinners plugg er for. Stikkontakten kobles til en strømledning som igjen kobles til det elektriske apparatet som er i bruk, enten det er vakuum, blender, motorsag eller arbeidslampe. Kretsene i apparatet er koblet slik at alt er koblet til jordterminalen.
Jordterminalen kobles til jordledningen i bygningens kretsløp via jordpinnen på pluggen. Hvis et apparat har en 3-pinners plugg, bør du aldri omgå den tredje pinnen ved å kutte den av eller bruke 3-pinners til 2-pinners adapter. Hvis du gjør dette, er enheten du bruker ikke jordet og kan være farlig.
De 3-pinners pluggledningsfargene er ikke de samme over hele verden, men de er standardiserte i hele Nord-Amerika, inkludert Canada, USA og Mexico. The National Electrical Code (NEC) spesifiserer hvitt som fargen på den nøytrale ledningen, men den setter ikke noen krav til farger på den varme ledningen eller jordledningen. Likevel er det en nøye fulgt konvensjon om å bruke rød eller svart for den varme ledningen og grønn for jordledningen. Jordledninger blir også ofte stående.
Hvorfor har noen apparater 2-pinners plugger?
NEC begynte å kreve jordet kretsløp i vaskerom i 1947 og utvidet kravet til de fleste andre steder i 1956. Skiftet gjorde at 2-pinners plugger og uttak nesten var foreldet. Den eneste gangen du kunne installere en 2-pinners stikkontakt var da du byttet ut en eksisterende. Alle nye utsalgssteder måtte være 3-pinners.
I dag er det vanlig å se nye stikkontakter med bare to spor og strømledninger på nye apparater med bare to stifter. Hvis du ser nøye på disse, skjønner du imidlertid forskjellen som skiller dem fra foreldede, plugger og stikkontakter før 1947. En av tappene er større enn den andre, noe som betyr at pluggen bare kan passe inn i kontakten en vei. Disse plugger og uttak er polarisert. Siden du ikke kan snu retningen på kontakten i kontakten, kan du ikke reversere polariteten.
I en polarisert lampe eller et apparat kobles den varme ledningen til den ene terminalen på bryteren, og den interne kretsen kobles til den andre terminalen, som igjen kobles til den nøytrale ledningen. Bryteren er isolert fra resten av kretsene, så når den er åpen, kan ingenting komme i kontakt med den varme ledningen.
Hvis støpselet ikke hadde tenner i forskjellige størrelser, ville du kunne snu polariteten ved å sette den opp ned. Den varme ledningen vil være i kontakt med kretsene, og enheten kan potensielt gi deg et sjokk. Fordi du ikke kan reversere støpselet eller polariteten, er ikke jording en viktig sikkerhetsfunksjon, og støpselet trenger ikke en jordpinne.
Ulike typer stikkontakter
3-stikkontakten som foreløpig er diskutert, er designet for 120 volt kretser og for å håndtere opptil 15 ampere strøm. Det er NEMA 5-15 stikkontakt, der NEMA er National Electrical Manufacturer's Association. Dette uttaket har spor for tre pinner, men de varme og nøytrale pinnesporene har forskjellige størrelser, så det kan brukes med en polarisert plugg.
NEMA 1-15 er den 2-pinners, polariserte versjonen av denne pluggen. 3-pinners plugger utenfor Nord-Amerika samsvarer ikke nødvendigvis med NEMA-standarder og har vanligvis forskjellige pin-konfigurasjoner.
Et interessant trekk ved jordet støpsel NEMA 5-15 er at bakkenålen er omtrent 1/8 tommer lenger enn de to andre. Logikken bak dette er at når du kobler til noe, kommer jordpinnen først i kontakt, slik at du alltid har bakkebeskyttelse. Mange installerer NEMA 5-15-uttaket med bakkepinnen under de to andre, men det er opp ned. Jordpinnen skal være på toppen for å forhindre at noe som faller ovenfra kommer i kontakt med ledningspinnene.
Det finnes en hel katalog med NEMA-pluggkonfigurasjoner for å håndtere 120- og 240-volts applikasjoner. Noen 120 volt kretser har to pinner og noen har tre. Plugger og stikkontakter for 240 volt kretser har vanligvis fire pinner, fordi disse kretsene har to varme ledninger, en nøytral ledning og en jord.
Forresten ser du ofte 120-volts plugger og apparater merket med 125, 115 eller 110 volt og 240 volt som er merket med 250, 230 og 220 volt. Alt dette betyr egentlig de samme tingene. Linjespenningen i Nord-Amerika er nominelt 240 volt, som er delt inn i to 120 volt ben i boligpanelet. De forskjellige alternative spenningene skyldes svingninger i overføringslinjene og spenningsfall på grunn av kretsbelastning og avstand fra panelet.
GFCI-beholdere gir jordfeilbeskyttelse
Mange hjem i Nord-Amerika ble bygget før NEC krevde kretsjording, og deres ujordede kretsløp og foreldet 2-pinners utsalgssteder er "bestefar i." Det er faktisk en ulempe, fordi de fleste moderne enheter har enten 3-pinners plugger eller polariserte de. Selv om det er trygt å plugge en 2-pinners kontakt i en 3-pinners kontakt, er det motsatte ikke sant, og det etterlater enheten uten jordbeskyttelse.
Den enkleste løsningen er å installere jordfeilbryteruttak (GFCI) i områder av huset som trenger jordede uttak. En GFCI har en intern bryter som utløses når utløpet oppdager en unormal strømendring, som for eksempel forårsaket av at noen berører en live kontakt mens de står i vann. En GFCI kan forhindre elektrisk strømning, men den beskytter ikke sensitivt utstyr mot strømstyrker og er ikke en fullstendig erstatning for jording.
Pinnene til en GFCI er i standard NEMA 5-15-konfigurasjon, som betyr to vertikale spor, hver av forskjellige størrelser, og en halvsirkulær bakkespor. Du trenger vanligvis ikke mer enn en GFCI per krets fordi enhver GFCI vil beskytte enheter som er koblet etter den i kretsen. Du kan derfor beskytte en hel krets ved å bytte den første stikkontakten i kretsen med en GFCI.
