Na América do Norte, um plugue de aparelho com três pinos significa que o aparelho foi projetado para ser aterrado. O aterramento é a função de uma conexão de plugue de 3 pinos em poucas palavras, mas o que isso realmente significa?
Você provavelmente já ouviu falar que é um recurso de segurança embutido em circuitos residenciais, mas se o aterramento é tão importante para a segurança, por que alguns novos aparelhos vêm com plugues de 2 pinos em vez de de 3 pinos? Alerta de spoiler: O fato de os pinos serem de tamanhos diferentes fornece uma pista para a resposta a essa pergunta.
Os recipientes mudaram consideravelmente desde que a primeira saída destacável foi introduzida por Harvey Hubble em 1903. Antes disso, não havia uma maneira prática de conectar e desconectar temporariamente uma lâmpada ou aparelho de um circuito elétrico. A tomada do Hubble gradualmente se transformou na tomada NEMA 5-15, que é o plugue de 3 pinos padrão e a combinação de tomada em uso atualmente para circuitos de 120 volts.
Tomadas, interruptores, bases de lâmpadas e outros dispositivos comuns são projetados para circuitos CA porque todos residenciais e energia comercial na América do Norte - bem como em todas as outras partes do mundo - vem da indução geradores. A alimentação CA tem características diferentes da alimentação CC e tem predominado desde o dia em que a lâmpada foi aperfeiçoada.
O alvorecer da rede elétrica
O desenvolvimento da lâmpada começou em 1806 e continuou ao longo do século 19 até ser mais ou menos aperfeiçoado por Thomas Edison e seus colegas em 1879.
A demanda por lâmpadas incandescentes imediatamente superou a capacidade de qualquer pessoa de produzir eletricidade para elas, e a necessidade de estações geradoras de energia tornou-se aparente. Assim começou um cabo de guerra entre os proponentes de estações geradoras de corrente contínua (CC) e estações de corrente alternada (CA) - um pequeno pedaço da história conhecido como a Guerra das Correntes.
Edison e seus patrocinadores estavam claramente do lado da geração de energia em DC, e do lado oposto estava Nikola Tesla, um engenheiro sérvio que havia sido funcionário de Edison. O acampamento de Tesla venceu o dia, e um dos primeiros geradores AC entrou em operação nas Cataratas do Niágara em 1892. A energia CA provou ser menos cara de produzir e mais econômica de transportar do que a energia CC.
Os primeiros dispositivos AC não estavam aterrados e eram chocantes
A geração de energia CA depende de um gerador de indução, que consiste essencialmente em uma bobina giratória em um campo magnético. A corrente que passa pelo condutor se inverte a cada rotação.
Isso significa que a eletricidade que flui entre os terminais da bobina e todas as lâmpadas entre eles não flui diretamente de um terminal para o outro como a corrente DC faz, mas ao invés disso constantemente se reverte, fluindo em direção a um terminal durante um meio ciclo e em direção ao outro durante a outra metade ciclo.
Em vez de terminais positivo e negativo, um circuito CA possui terminais quentes e neutros. Para qualquer dispositivo elétrico em um circuito CA, o terminal quente é aquele conectado ao gerador de energia, e o terminal neutro é aquele que retorna a energia para o gerador.
Se você interromper o circuito, o terminal ativo permanecerá ativo, mas o terminal neutro ficará inativo. Se você tocar no terminal quente, receberá um choque, mas não sentirá nada se tocar no terminal neutro.
À medida que as estações de energia estavam online, os lares em toda a América do Norte ficaram eletrificados e máquinas de lavar, aspiradores de pó e refrigeradores elétricos tornaram-se rapidamente disponíveis. Choques eram comuns, no entanto. Fios, interruptores e tomadas eram eletricamente isolados, mas o isolamento frequentemente lascava, rachava ou se desgastava, deixando fios quentes expostos em contato com partes dos dispositivos que as pessoas tocavam. Os incêndios eram frequentes devido ao desgaste do isolamento e às conexões soltas.
Como o aterramento ajuda?
Suponha que uma pessoa toque um fio quente energizado ou uma chave em contato com um fio quente. Se a pessoa estivesse de alguma forma flutuando no ar ou, de forma equivalente, usando sapatos com isolamento elétrico, nada aconteceria. Se a pessoa estivesse de pé no chão com os pés descalços, porém, a eletricidade fluiria através do corpo da pessoa para a terra, que é o maior dissipador elétrico disponível.
Leva apenas um décimo de ampère de corrente (100 mA) para parar o coração de uma pessoa, então o encontro pode muito bem ser fatal.
Agora considere se a eletricidade já tem esse caminho disponível por meio de um fio condutor. O fio fornece um caminho de menor impedância para o aterramento do que um corpo humano. (Impedância é para circuitos AC o que resistência é para circuitos DC).
A eletricidade sempre escolhe o caminho de menor resistência (impedância), de modo que a pessoa que tocar no fio quente não levará um choque - ou, pelo menos, um choque não tão grande. Essa é a ideia básica por trás do aterramento.
O aterramento também é bom para equipamentos elétricos. Se ocorrer um curto-circuito devido ao desgaste do isolamento, conexões soltas ou um dispositivo quebrado, o aterramento o fio fornece um caminho alternativo para a eletricidade, de modo que não queime o circuito e inicie um incêndio. Novamente, isso funciona porque a impedância do caminho de aterramento é menor do que através do circuito.
A função de plugue de 3 pinos
Um caminho de aterramento no circuito não é muito bom se você não tem uma maneira de conectá-lo, e é para isso que serve o terceiro pino em um plugue de 3 pinos. O plugue se conecta a um cabo de alimentação que, por sua vez, se conecta ao aparelho elétrico em uso, seja um aspirador, liquidificador, serra elétrica ou lâmpada de trabalho. O circuito do aparelho é conectado de forma que tudo esteja conectado ao seu terminal de aterramento.
O terminal de aterramento se conecta ao fio de aterramento nos circuitos do prédio por meio do pino de aterramento no plugue. Se um aparelho tiver um plugue de 3 pinos, você nunca deve ignorar o terceiro pino cortando-o ou usando um adaptador de 3 para 2 pinos. se você fizer isso, o dispositivo que você está usando não está aterrado e pode ser perigoso.
As cores dos fios do plugue de 3 pinos não são iguais em todo o mundo, mas são padronizadas em toda a América do Norte, incluindo Canadá, Estados Unidos e México. O National Electrical Code (NEC) especifica o branco como a cor do fio neutro, mas não estabelece nenhum requisito para as cores do fio quente ou fio terra. No entanto, há uma convenção seguida de perto para usar vermelho ou preto para o fio quente e verde para o fio terra. Fios de aterramento também costumam ficar desencapados.
Por que alguns aparelhos possuem plugues de 2 pinos?
O NEC começou a exigir circuitos aterrados em lavanderias em 1947 e estendeu a exigência para a maioria dos outros locais em 1956. A mudança tornou os plugues e tomadas de 2 pinos praticamente obsoletos. A única vez que você pode instalar uma tomada de 2 pinos foi quando você estava substituindo uma existente. Todas as novas tomadas deveriam ser de 3 pinos.
Ainda hoje, é comum ver novas tomadas com apenas dois slots e cabos de alimentação em novos aparelhos com apenas dois pinos. Se você olhar atentamente para eles, no entanto, verá a diferença que os distingue dos plugues e tomadas de 2 pinos obsoletos, anteriores a 1947. Um dos pinos é maior do que o outro, o que significa que o plugue só pode se encaixar no soquete de uma maneira. Esses plugues e tomadas são polarizado. Já que você não pode inverter a orientação do plugue no soquete, você não pode inverter a polaridade.
Em uma lâmpada ou aparelho polarizado, o fio quente se conecta a um terminal da chave e o circuito interno se conecta ao outro terminal, que por sua vez se conecta ao fio neutro. A chave é isolada do resto do circuito, portanto, quando está aberta, nada pode entrar em contato com o fio quente.
Se o plugue não tivesse pinos de tamanhos diferentes, seria possível inverter a polaridade colocando-o de cabeça para baixo. O fio quente entraria em contato com o circuito e o dispositivo poderia causar um choque. Como você não pode inverter o plugue ou a polaridade, o aterramento não é um recurso de segurança crucial e o plugue não precisa de um pino de aterramento.
Diferentes tipos de tomadas elétricas
O plugue de 3 pinos em discussão até agora foi projetado para circuitos de 120 volts e para suportar até 15 amperes de corrente. É o plugue e a tomada NEMA 5-15, onde NEMA é a National Electrical Manufacturer's Association. Esta tomada possui slots para três pinos, mas os slots de pinos quentes e neutros são de tamanhos diferentes, portanto, ela pode ser usada com um plugue polarizado.
O NEMA 1-15 é a versão polarizada de 2 pinos deste plugue. Os plugues de 3 pinos fora da América do Norte não estão necessariamente em conformidade com os padrões NEMA e geralmente têm configurações de pinos diferentes.
Uma característica interessante do plugue aterrado NEMA 5-15 é que o pino de aterramento é cerca de 1/8 polegada mais longo que os outros dois. A lógica por trás disso é que, quando você conecta algo, o pino de aterramento faz contato primeiro, então você sempre tem proteção de aterramento. Muitas pessoas instalam a tomada NEMA 5-15 com o pino terra abaixo dos outros dois, mas isso está de cabeça para baixo. O pino de aterramento deve estar na parte superior para evitar que qualquer coisa que caia de cima entre em contato com os pinos condutores.
Existe um catálogo completo de configurações de plugue NEMA para lidar com aplicações de 120 e 240 volts. Alguns circuitos de 120 volts têm dois pinos e outros três. Plugues e receptáculos para circuitos de 240 volts geralmente têm quatro pinos, porque esses circuitos têm dois fios energizados, um neutro e um terra.
A propósito, você costuma ver plugues de 120 volts e aparelhos rotulados como 125, 115 ou 110 volts e 240 volts rotulados como 250, 230 e 220 volts. Tudo isso significa essencialmente as mesmas coisas. A tensão da linha na América do Norte é nominalmente de 240 volts, que é dividida em duas pernas de 120 volts no painel residencial. As várias tensões alternativas são devidas a flutuações nas linhas de transmissão e quedas de tensão devido à carga do circuito e à distância do painel.
Os receptáculos GFCI fornecem proteção contra falha de aterramento
Muitas casas na América do Norte foram construídas antes que o NEC exigisse o aterramento do circuito, e seus circuitos não aterrados e obsoletos de 2 pinos os pontos de venda são "adquiridos". Isso é realmente um inconveniente, porque a maioria dos dispositivos modernos tem plugues de 3 pinos ou polarizados uns. Embora seja seguro conectar um plugue de 2 pinos em um soquete de 3 pinos, o inverso não é verdadeiro e deixa o dispositivo sem proteção de aterramento.
A solução mais fácil é instalar tomadas do interruptor do circuito de falha de aterramento (GFCI) em áreas da casa que precisam de tomadas aterradas. Um GFCI tem um disjuntor interno que desarma sempre que a tomada detecta uma mudança anormal na corrente, como seria causada por alguém tocando um contato ativo enquanto estava na água. Um GFCI pode evitar eletrocussão, mas não protege equipamentos sensíveis de picos de corrente e não é um substituto completo para o aterramento.
Os pinos de um GFCI estão na configuração padrão NEMA 5-15, o que significa dois slots verticais, cada um de tamanhos diferentes, e um slot de aterramento semicircular. Você geralmente não precisa de mais de um GFCI por circuito porque qualquer GFCI protegerá os dispositivos conectados depois dele no circuito. Portanto, você pode proteger um circuito inteiro trocando a primeira saída do circuito por um GFCI.
