Cum funcționează o mufă cu 3 pini?

În America de Nord, o priză a aparatului care are trei pini înseamnă că aparatul este conceput pentru a fi împământat. Împământarea este funcția unei conexiuni cu mufă cu 3 pini pe scurt, dar ce înseamnă de fapt?

Probabil ați auzit că este o caracteristică de siguranță încorporată în circuitele rezidențiale, dar dacă împământarea este atât de importantă pentru siguranță, de ce unele aparate noi vin cu prize cu 2 pini în loc de cele cu 3 pini? Alertă spoiler: Faptul că știfturile au dimensiuni diferite oferă un indiciu pentru răspunsul la această întrebare.

Recipientele s-au schimbat considerabil de când prima priză detașabilă a fost introdusă de Harvey Hubble în 1903. Înainte de aceasta, nu exista o modalitate practică de a conecta și deconecta temporar o lampă sau un aparat de la un circuit electric. Priza Hubble s-a transformat treptat în priza NEMA 5-15, care este combinația standard de prize și prize cu 3 pini, utilizată astăzi pentru circuite de 120 volți.

Ieșirile, întrerupătoarele, bazele lămpii și alte dispozitive comune sunt proiectate pentru circuitele de curent alternativ, deoarece toate rezidențiale și puterea comercială în America de Nord - precum și în orice altă parte a lumii - provine din inducție generatoare. Puterea de curent alternativ are caracteristici diferite față de puterea de curent continuu și a predominat din ziua în care becul a fost perfecționat.

Dezvoltarea becului a început în 1806 și a continuat până în secolul al XIX-lea până când a fost mai mult sau mai puțin perfecționat de Thomas Edison și colegii săi în 1879.

Cererea de becuri incandescente a depășit imediat capacitatea oricui de a produce electricitate pentru ei și a devenit evidentă necesitatea centralelor electrice. Astfel a început un tragere de război între susținătorii stațiilor de generare a curentului continuu (DC) și stațiilor de curent alternativ (AC) - o mică bucată de istorie cunoscută sub numele de Războiul curenților.

Edison și susținătorii săi erau în mod clar de partea generării de curent continuu, iar în partea opusă era Nikola Tesla, un inginer sârb care fusese angajat al lui Edison. Tabăra lui Tesla a câștigat ziua și unul dintre primii generatori de curent alternativ a venit online la Cascada Niagara în 1892. S-a dovedit că puterea de curent alternativ este mai puțin costisitoare și mai economică decât transportul de curent continuu.

Generarea de curent alternativ se bazează pe un generator de inducție, care constă în esență dintr-o bobină de rotație într-un câmp magnetic. Curentul care trece prin conductor se inversează la fiecare rotație.

Aceasta înseamnă că electricitatea care curge între bornele bobinei și toate becurile dintre ele nu curge direct de la un terminal la altele ca și curentul continuu, dar în schimb se inversează constant, curgând către un terminal în timpul unei jumătăți de ciclu și către celălalt în cealaltă jumătate ciclu.

În loc de terminale pozitive și negative, un circuit de curent alternativ are altele fierbinți și neutre. Pentru orice dispozitiv electric dintr-un circuit de curent alternativ, terminalul fierbinte este cel conectat la generatorul de energie, iar terminalul neutru este cel care returnează energia înapoi la generator.

Dacă rupeți circuitul, terminalul fierbinte rămâne activ, dar terminalul neutru se stinge. Dacă atingeți terminalul fierbinte, veți primi un șoc, dar nu veți simți nimic dacă atingeți terminalul neutru.

Pe măsură ce centralele electrice au intrat online, casele din toată America de Nord au devenit electrificate, iar mașinile de spălat electrice, aspiratoarele și frigiderele electrice au devenit rapid disponibile. Șocurile erau însă frecvente. Sârmele, întrerupătoarele și prizele au fost izolate electric, dar izolația a fost frecvent așchiată, crăpată sau uzată, lăsând firele fierbinți expuse în contact cu părțile dispozitivelor pe care oamenii le-au atins. Incendiile au fost frecvente din cauza izolației uzate și a conexiunilor slabe.

Să presupunem că o persoană ar trebui să atingă un fir fierbinte sau un comutator în contact cu un fir fierbinte. Dacă persoana respectivă plutea cumva în aer sau, în mod echivalent, purta pantofi cu izolație electrică, nu s-ar întâmpla nimic. Dacă persoana ar sta pe pământ cu picioarele goale, însă, electricitatea ar curge prin corpul persoanei către pământ, care este cea mai mare chiuvetă electrică disponibilă.

Este nevoie doar de o zecime dintr-un amplificator de curent (100 mA) pentru a opri inima unei persoane, astfel încât întâlnirea ar putea fi foarte fatală.

Acum, ia în considerare dacă electricitatea are deja această cale disponibilă printr-un fir conductor. Sârma oferă o cale de impedanță mai mică către sol decât corpul uman. (Impedanță este la circuitele AC ce rezistenţă este la circuitele DC).

Electricitatea alege întotdeauna calea celei mai mici rezistențe (impedanță), astfel încât persoana care atinge firul fierbinte nu va primi un șoc - sau cel puțin, nu la fel de mare ca un șoc. Aceasta este ideea de bază din spatele împământării.

Împământarea este bună și pentru echipamentele electrice. Dacă apare un scurtcircuit din cauza izolației uzate, a conexiunilor slabe sau a unui dispozitiv rupt, la sol firul oferă o cale alternativă pentru electricitate, astfel încât să nu ardă circuitul și să pornească un foc. Din nou, acest lucru funcționează deoarece impedanța căii la sol este mai mică decât cea prin circuit.

O cale de împământare în circuit nu este prea bună dacă nu aveți o modalitate de a vă conecta la ea și pentru asta este al treilea pin de pe o mufă cu 3 pini. Fișa se conectează la un cablu de alimentare care, la rândul său, se conectează la aparatul electric utilizat, indiferent dacă este vorba de un aspirator, un blender, un ferăstrău electric sau o lampă de lucru. Circuitul din aparat este cablat astfel încât totul să fie conectat la terminalul său de masă.

Terminalul de masă se conectează la firul de masă din circuitele clădirii prin știftul de masă de pe fișă. Dacă un aparat are o mufă cu 3 pini, nu ar trebui să ocoliți niciodată al treilea știft tăind-l sau folosind adaptorul de 3 pini la 2 pini. dacă faceți acest lucru, dispozitivul pe care îl utilizați nu este împământat și poate fi periculos.

Culorile firelor cu mufă cu 3 pini nu sunt aceleași în întreaga lume, dar sunt standardizate în toată America de Nord, inclusiv Canada, Statele Unite și Mexic. Codul electric național (NEC) specifică culoarea albă a firului neutru, dar nu stabilește nicio cerință pentru culorile firului fierbinte sau a firului de masă. Cu toate acestea, există o convenție urmată îndeaproape de a folosi roșu sau negru pentru firul fierbinte și verde pentru firul de masă. Sârmele de masă sunt, de asemenea, lăsate de obicei goale.

NEC a început să solicite circuite cu împământare în spălătorii în 1947 și a extins cerința la majoritatea celorlalte locații în 1956. Schimbarea a făcut ca prizele și prizele cu 2 pini să fie aproape învechite. Singura dată când ai putut instala o priză cu 2 pini a fost când înlocuii una existentă. Toate punctele noi de vânzare trebuiau să fie cele cu 3 pini.

Totuși, astăzi, este obișnuit să vedeți noi prize cu doar două sloturi și cabluri de alimentare pe aparate noi cu doar două vârfuri. Dacă vă uitați atent la acestea, veți observa însă diferența care le deosebește de prizele și prizele cu 2 pini învechite, anterioare anului 1947. Unul dintre vârfuri este mai mare decât celălalt, ceea ce înseamnă că ștecherul se poate potrivi doar în priză într-un singur sens. Aceste prize și prize sunt polarizat. Deoarece nu puteți inversa orientarea fișei din priză, nu puteți inversa polaritatea.

Într-o lampă sau aparat polarizat, firul fierbinte se conectează la un terminal al întrerupătorului, iar circuitele interne se conectează la celălalt terminal, care la rândul său se conectează la firul neutru. Comutatorul este izolat de restul circuitelor, așa că atunci când este deschis, nimic nu poate intra în contact cu firul fierbinte.

Dacă ștecherul nu ar avea vârfuri de dimensiuni diferite, ați putea inversa polaritatea punându-l cu susul în jos. Sârmă fierbinte ar fi în contact cu circuitele, iar dispozitivul ar putea provoca un șoc. Deoarece nu puteți inversa ștecherul sau polaritatea, împământarea nu este o caracteristică crucială de siguranță, iar ștecherul nu are nevoie de un știft de împământare.

Mufa cu 3 direcții în discuție până acum este proiectată pentru circuite de 120 volți și pentru a gestiona până la 15 amperi de curent. Este mufa și priza NEMA 5-15, unde NEMA este Asociația Națională a Producătorilor de Electrice. Această priză are sloturi pentru trei pini, dar sloturile pentru pini fierbinți și neutri sunt de dimensiuni diferite, deci poate fi utilizată cu o priză polarizată.

NEMA 1-15 este versiunea polarizată cu 2 pini a acestui conector. Mufele cu 3 pini din afara Americii de Nord nu sunt neapărat conforme cu standardele NEMA și au de obicei configurații diferite de pini.

O caracteristică interesantă a mufei împământate NEMA 5-15 este că știftul de împământare este cu aproximativ 1/8 inci mai lung decât celelalte două. Logica din spatele acestui lucru este că, atunci când conectați ceva, știftul de la sol face primul contact, astfel încât să aveți întotdeauna protecție la sol. Mulți oameni instalează priza NEMA 5-15 cu știftul de la sol sub celelalte două, dar asta este cu susul în jos. Știftul de la sol trebuie să fie deasupra pentru a împiedica orice lucru care cade de sus să intre în contact cu știfturile conductoare.

Există un întreg catalog de configurații de mufe NEMA pentru a gestiona aplicații de 120 și 240 volți. Unele circuite de 120 volți au doi pini, iar altele au trei. Mufele și prizele pentru circuite de 240 volți au de obicei patru pini, deoarece aceste circuite au două fire fierbinți, un fir neutru și o masă.

Apropo, vedeți deseori prize de 120 volți și aparate etichetate cu 125, 115 sau 110 volți și 240 volți etichetate cu 250, 230 și 220 volți. Toate acestea înseamnă în esență aceleași lucruri. Tensiunea de linie din America de Nord este nominal 240 volți, care este împărțită în două picioare de 120 volți în panoul rezidențial. Diferitele tensiuni alternative se datorează fluctuațiilor liniilor de transmisie și căderilor de tensiune datorate sarcinii circuitului și distanței de la panou.

Multe case din America de Nord au fost construite înainte ca NEC să necesite legarea la pământ a circuitului, iar circuitele lor nefondate și 2-pini învechite punctele de vânzare sunt „bunicite”. Acesta este de fapt un inconvenient, deoarece majoritatea dispozitivelor moderne au fie prize cu 3 pini, fie polarizate cele. Deși este sigur să conectați o priză cu 2 pini într-o priză cu 3 pini, reversul nu este adevărat și lasă dispozitivul fără protecție la sol.

Cea mai ușoară soluție este instalarea prizelor de întrerupere a circuitului de defect la sol (GFCI) în zonele casei care necesită prize de împământare. Un GFCI are un întrerupător intern care se declanșează ori de câte ori priza detectează o modificare anormală a curentului, cum ar fi cauzată de atingerea unui contact viu în timp ce stă în apă. Un GFCI poate preveni electrocutarea, dar nu protejează echipamentele sensibile de supratensiunile curente și nu este un substitut complet pentru împământare.

Pinii unui GFCI sunt în configurația standard NEMA 5-15, ceea ce înseamnă două sloturi verticale, fiecare de dimensiuni diferite, și un slot semi-circular. De obicei nu aveți nevoie de mai mult de un GFCI pe circuit, deoarece orice GFCI va proteja dispozitivele cablate după acesta în circuit. Prin urmare, puteți proteja un întreg circuit schimbând prima priză din circuit cu un GFCI.