В Северной Америке вилка с тремя контактами означает, что устройство предназначено для заземления. В двух словах, заземление - это функция 3-контактного разъема, но что это на самом деле означает?
Вы, наверное, слышали, что это функция безопасности, встроенная в домашнюю электрическую схему, но если заземление так важно для безопасности, почему некоторые новые приборы поставляются с 2-контактными вилками вместо 3-контактных? Предупреждение о спойлере: тот факт, что булавки имеют разные размеры, дает ключ к ответу на этот вопрос.
Розетки значительно изменились с тех пор, как Харви Хаббл представил первую съемную розетку в 1903 году. До этого не было практического способа временно подключить и отключить лампу или прибор от электрической цепи. Розетка Хаббла постепенно трансформировалась в розетку NEMA 5-15, которая представляет собой стандартную 3-контактную комбинацию вилки и розетки, используемую сегодня для цепей на 120 вольт.
Розетки, выключатели, цоколи ламп и другие общие устройства предназначены для цепей переменного тока, потому что все жилые и коммерческая энергия в Северной Америке, как и в любой другой части мира, исходит от индукции генераторы. Мощность переменного тока имеет характеристики, отличные от мощности постоянного тока, и преобладает с тех пор, как была усовершенствована электрическая лампочка.
Рассвет энергосистемы
Разработка лампочки началась в 1806 году и продолжалась в течение 19 века, пока не была более или менее усовершенствована Томасом Эдисоном и его коллегами в 1879 году.
Спрос на лампы накаливания немедленно превысил чью-либо способность производить для них электричество, и потребность в электростанциях стала очевидной. Так началось перетягивание каната между сторонниками генерирующих станций постоянного тока (DC) и станций переменного тока (AC) - небольшой кусочек истории, известный как Война токов.
Эдисон и его сторонники явно были на стороне генерации постоянного тока, а на противоположной стороне был Никола Тесла, сербский инженер, который был сотрудником Эдисона. Лагерь Теслы выиграл день, и в 1892 году на Ниагарском водопаде появился один из первых генераторов переменного тока. Электроэнергия переменного тока оказалась менее затратной в производстве и более экономичной в транспортировке, чем мощность постоянного тока.
Ранние устройства переменного тока были незаземленными и шокирующими
Для генерации переменного тока используется индукционный генератор, который по существу состоит из вращающейся катушки в магнитном поле. Ток, протекающий по проводнику, меняется на противоположный при каждом обороте.
Это означает, что электричество, которое течет между выводами катушки и всеми лампочками между ними, не течет напрямую от одного вывода к другой, как постоянный ток, но вместо этого постоянно меняет свое направление, протекая к одному выводу в течение одного полупериода и к другому в течение другой половины. цикл.
Вместо положительной и отрицательной клемм в цепи переменного тока есть горячая и нейтральная клеммы. Для любого электрического устройства в цепи переменного тока горячая клемма - это клемма, подключенная к генератору энергии, а нейтральная клемма - это клемма, которая возвращает мощность обратно в генератор.
При разрыве цепи горячий вывод остается под напряжением, но нейтральный вывод выходит из строя. Если вы коснетесь горячей клеммы, вы получите шок, но вы ничего не почувствуете, если коснетесь нейтральной клеммы.
С появлением электростанций дома по всей Северной Америке были электрифицированы, и электрические стиральные машины, пылесосы и электрические холодильники стали быстро доступны. Однако шоки были обычным явлением. Провода, переключатели и розетки были электрически изолированы, но изоляция часто трескалась, трескалась или стиралась, оставляя оголенные горячие провода в контакте с частями устройств, к которым прикасались люди. Часты пожары из-за изношенной изоляции и неплотных соединений.
Как помогает заземление?
Предположим, что человек коснулся горячего провода под напряжением или выключателя, контактирующего с горячим проводом. Если бы человек каким-то образом парил в воздухе или, что то же самое, носил электрически изолированную обувь, ничего бы не произошло. Однако, если бы человек стоял на земле босиком, электричество протекало бы через его тело к земле, которая является крупнейшим доступным электрическим стоком.
Чтобы остановить сердце человека, требуется всего одна десятая ампера (100 мА), поэтому встреча вполне может оказаться фатальной.
Теперь подумайте, есть ли у электричества уже доступный путь через проводящий провод. Провод обеспечивает путь к земле с меньшим сопротивлением, чем тело человека. (Импеданс для цепей переменного тока, что сопротивление к цепям постоянного тока).
Электричество всегда выбирает путь наименьшего сопротивления (импеданса), поэтому человек, касающийся горячего провода, не получит удара - или, по крайней мере, не такого сильного удара. Это основная идея заземления.
Заземление также подходит для электрооборудования. Если короткое замыкание происходит из-за изношенной изоляции, ослабленных соединений или неисправного устройства, заземление провод обеспечивает альтернативный путь для электричества, поэтому он не сжигает цепь и не запускает Пожар. Опять же, это работает, потому что сопротивление пути заземления меньше, чем сопротивление цепи.
Функция 3-контактного разъема
Путь заземления в схеме не очень хорош, если у вас нет возможности к нему подключиться, и для этого предназначен третий контакт на 3-контактном разъеме. Вилка подключается к шнуру питания, который, в свою очередь, подключается к используемому электрическому устройству, будь то пылесос, блендер, электрическая пила или рабочая лампа. Электрическая схема в аппарате устроена так, что все подключено к клемме заземления.
Клемма заземления подключается к заземляющему проводу в электрической цепи здания через контакт заземления на вилке. Если в приборе есть 3-контактная вилка, вы никогда не должны обходить третий контакт, отрезая его или используя переходник с 3 на 2 контакта. в этом случае используемое устройство не заземлено и может быть опасным.
Цвета проводов 3-контактной вилки не одинаковы во всем мире, но они стандартизированы для всей Северной Америки, включая Канаду, США и Мексику. Национальный электротехнический кодекс (NEC) определяет белый цвет в качестве цвета нейтрального провода, но не устанавливает никаких требований к цветам горячего или заземляющего провода. Тем не менее, существует строгое соглашение об использовании красного или черного цвета для провода под напряжением и зеленого для провода заземления. Заземляющие провода также обычно остаются оголенными.
Почему у некоторых устройств есть 2-контактные вилки?
NEC начала требовать заземления схем в прачечных в 1947 году и распространила это требование на большинство других мест в 1956 году. В результате сдвига двухконтактные вилки и розетки практически устарели. Единственный раз, когда вы могли установить двухконтактную розетку, это когда вы заменяли существующую. Все новые розетки должны были быть трехконтактными.
Тем не менее, сегодня часто можно увидеть новые розетки только с двумя слотами и кабели питания на новых устройствах с двумя контактами. Однако если вы внимательно посмотрите на них, вы заметите разницу, которая отличает их от устаревших, двухконтактных вилок и розеток, выпущенных до 1947 года. Один из выводов больше другого, а это значит, что вилка может входить в розетку только одним способом. Эти вилки и розетки поляризованный. Поскольку вы не можете изменить ориентацию вилки в розетке, вы не можете изменить полярность.
В поляризованной лампе или приборе горячий провод подключается к одной клемме переключателя, а внутренняя схема подключается к другой клемме, которая, в свою очередь, подключается к нейтральному проводу. Переключатель изолирован от остальной схемы, поэтому, когда он разомкнут, ничто не может соприкасаться с горячим проводом.
Если бы вилка не имела штырей другого размера, вы могли бы изменить полярность, вставив вилку вверх дном. Горячий провод будет соприкасаться со схемой, и устройство потенциально может вызвать электрический ток. Поскольку вы не можете поменять местами вилку или полярность, заземление не является важной функцией безопасности, а вилка не требует заземляющего контакта.
Различные типы электрических розеток
Обсуждаемая до сих пор трехконтактная вилка предназначена для цепей на 120 вольт и выдерживает ток до 15 ампер. Это вилка и розетка NEMA 5-15, где NEMA - Национальная ассоциация производителей электрооборудования. В этой розетке есть прорези для трех контактов, но разъемы для горячих и нейтральных контактов имеют разные размеры, поэтому ее можно использовать с поляризованной вилкой.
NEMA 1-15 - это 2-контактная поляризованная версия этой вилки. 3-контактные разъемы за пределами Северной Америки не обязательно соответствуют стандартам NEMA и обычно имеют другую конфигурацию контактов.
Интересной особенностью вилки с заземлением NEMA 5-15 является то, что контакт заземления примерно на 1/8 дюйма длиннее двух других. Логика заключается в том, что, когда вы что-то подключаете, контакт заземления первым вступает в контакт, поэтому у вас всегда есть защита от заземления. Многие люди устанавливают розетку NEMA 5-15 с контактом заземления ниже двух других, но это в перевернутом виде. Контакт заземления должен быть сверху, чтобы все, что падает сверху, не соприкасалось с токопроводящими контактами.
Существует полный каталог конфигураций вилок NEMA для работы с приложениями на 120 и 240 вольт. Некоторые схемы на 120 В имеют два контакта, а некоторые - три. Вилки и розетки для цепей на 240 В обычно имеют четыре контакта, потому что в этих цепях есть два горячих провода, нейтральный провод и заземление.
Кстати, вы часто видите вилки и приборы на 120 вольт с маркировкой 125, 115 или 110 вольт и 240-вольтовые вилки с маркировкой 250, 230 и 220 вольт. По сути, все это означает одно и то же. Напряжение в сети в Северной Америке номинально составляет 240 вольт, которое разделено на две 120-вольтовые ветви в жилой панели. Различные переменные напряжения возникают из-за колебаний в линиях передачи и падений напряжения из-за нагрузки цепи и расстояния от панели.
Розетки GFCI обеспечивают защиту от замыканий на землю
Многие дома в Северной Америке были построены до того, как NEC потребовала заземления цепей, а их незаземленные цепи и устаревшие 2-контактные торговые точки являются «дедушками». На самом деле это неудобство, потому что большинство современных устройств имеют либо 3-контактные вилки, либо поляризованные. единицы. Хотя вставлять 2-контактную вилку в 3-контактную розетку безопасно, обратное неверно, и устройство остается без защиты от заземления.
Самый простой обходной путь - установить розетки прерывателя цепи замыкания на землю (GFCI) в тех частях дома, где требуются заземленные розетки. У GFCI есть внутренний прерыватель, который срабатывает, когда розетка обнаруживает ненормальное изменение тока, например, вызванное прикосновением к контакту под напряжением, стоя в воде. GFCI может предотвратить поражение электрическим током, но он не защищает чувствительное оборудование от скачков тока и не является полной заменой заземления.
Контакты GFCI имеют стандартную конфигурацию NEMA 5-15, что означает два вертикальных слота, каждый разного размера, и полукруглый слот заземления. Обычно вам не нужно более одного GFCI на цепь, потому что любой GFCI будет защищать устройства, подключенные после него в цепи. Таким образом, вы можете защитить всю цепь, заменив первую розетку в цепи с помощью GFCI.