У Северној Америци утикач уређаја који има три пина означава да је апарат дизајниран за уземљење. Уземљење је укратко функција 3-пинске утичне везе, али шта то заправо значи?
Вероватно сте чули да је то сигурносна карактеристика уграђена у стамбене склопове, али ако је уземљење толико важно за безбедност, зашто се неки нови уређаји испоручују са 2-полним утикачима уместо са 3-пинским? Упозорење о спојлеру: Чињеница да су игле различитих величина даје траг за одговор на ово питање.
Посуде су се знатно промениле откако је Харвеи Хуббле 1903. године први одвојиви отвор отворио. Пре тога није постојао практичан начин за привремено повезивање и одвајање лампе или уређаја из електричног кола. Извод из Хуббле-а постепено се претворио у излаз НЕМА 5-15, што је стандардна комбинација утикача и извода са 3 пина која се данас користи за кругове од 120 волти.
Излази, прекидачи, основе лампи и други уобичајени уређаји дизајнирани су за струјне кругове наизменичне струје јер су сви стамбени и комерцијална моћ у Северној Америци - као и у свим осталим деловима света - долази од индукције генератори. Наизменична струја има различите карактеристике од једносмерне и доминира од дана када је сијалица усавршена.
Зора електроенергетске мреже
Развој сијалице започео је 1806. године и наставио се кроз 19. век док га Тхомас Едисон и његове колеге нису више-мање усавршили 1879. године.
Потражња за сијалицама са жарном нити одмах је надмашила било чију способност да за њих производи електричну енергију, а потреба за станицама за производњу електричне енергије постала је очигледна. Тако је започело превлачење конопца између присталица станица за производњу једносмерне струје (ДЦ) и станица наизменичне струје (АЦ) - мали део историје познат као Рат струја.
Едисон и његови подржаоци били су очигледно на страни производње једносмерне струје, а на супротној страни био је Никола Тесла, српски инжењер који је био запослен у Едисону. Теслин камп је победио у дану, а један од првих генератора наизменичне струје појавио се на мрежи на Нијагариним водопадима 1892. године. Показало се да је наизменична струја јефтинија за производњу и економичнија за транспорт од једносмерне енергије.
Рани уређаји наизменичне струје били су неутемељени и шокантни
Производња наизменичне струје ослања се на индукциони генератор, који се у основи састоји од завојнице у магнетном пољу. Струја која пролази кроз проводник обрће се при сваком окретању.
То значи да електрична енергија која тече између терминала завојнице и свих сијалица између њих не тече директно са једног терминала на друго као једносмерна струја, али се уместо тога константно преокреће, тече према једном терминалу током једног полуциклуса, а према другом током другог полувремена циклус.
Уместо позитивних и негативних терминала, круг наизменичне струје има врући и неутрални. За било који електрични уређај у кругу наизменичне струје, врући терминал је онај повезан на генератор електричне енергије, а неутрални терминал је тај који враћа снагу натраг у генератор.
Ако прекинете круг, врући терминал остаје под напоном, али неутрални терминал престаје радити. Ако додирнете врући терминал, доживјет ћете шок, али нећете осјетити ништа ако додирнете неутрални терминал.
Како су електране дошле на мрежу, домови широм Северне Америке постали су електрифицирани, а машине за прање веша, усисивачи и електрични фрижидери постали су брзо доступни. Шокови су, међутим, били уобичајени. Жице, прекидачи и излази били су електрично изоловани, али је изолација често уситњена, пукнула или се истрошила, остављајући изложене вруће жице у додиру са деловима уређаја које су људи додирнули. Пожари су били чести због истрошене изолације и лабавих веза.
Како уземљење помаже?
Претпоставимо да је особа требала додирнути врућу жицу под напоном или прекидач у контакту са врућом жицом. Да та особа некако лебди у ваздуху или, једнако томе, носи електрично изоловане ципеле, ништа се не би догодило. Ако би особа стајала босих ногу на земљи, електрична енергија би текла кроз тело те особе до земље, која је највећи доступан умиваоник.
Потребна је само једна десетина појачавача струје (100 мА) да би се зауставило човеково срце, па би сусрет могао бити фаталан.
Сада размислите да ли струја већ има тај пут доступан кроз проводну жицу. Жица пружа пут до земље са нижом импедансом од људског тела. (Отпор је на кругове наизменичне струје шта отпор је на једносмерне кругове).
Електрична енергија увек бира пут најмањег отпора (импедансе), тако да особа која додирује врућу жицу неће добити шок - или барем не тако велик шок. То је основна идеја која стоји иза уземљења.
Уземљење је такође добро за електричну опрему. Ако дође до кратког споја због истрошене изолације, лабавих спојева или поквареног уређаја, земље жица обезбеђује алтернативни пут за електричну енергију тако да не изгори коло и не покрене а ватра. Опет, ово делује, јер је импеданса путање тла мања од оне кроз коло.
3-пинска функција утикача
Пут уземљења у струјном кругу није много добар ако немате начин да се на њега повежете, а томе служи и трећи пин на 3-пинском утикачу. Утикач се повезује са каблом за напајање који се пак повезује са електричним апаратом који се користи, било да се ради о усисивачу, блендеру, електричној тестери или радној лампи. Струјни кругови у апарату су ожичени тако да је све повезано са прикључком на масу.
Стезаљка за уземљење повезује се са жицом за уземљење у струјном кругу зграде преко уземљивача на утикачу. Ако апарат има 3-пински утикач, никада не бисте смели заобићи трећи пин тако што ћете га одсећи или употребити 3-пински на 2-пински адаптер. ако то учините, уређај који користите није уземљен и могао би бити опасан.
Боје 3-пинских утикача нису исте у целом свету, али су стандардизоване широм Северне Америке, укључујући Канаду, Сједињене Државе и Мексико. Национални електрични законик (НЕЦ) наводи бијелу боју као боју неутралне жице, али не успоставља никакве захтеве за боје вруће жице или уземљене жице. Ипак, постоји помно праћена конвенција да се за врућу жицу користи црвена или црна, а за уземљење зелена. Жице за уземљење такође су често огољене.
Зашто неки уређаји имају утикаче са 2 контакта?
НЕЦ је почео да захтева уземљено коло у вешерајима 1947. године и проширио је захтев на већину других локација 1956. године. Смена је учинила да 2-полни утикачи и утичнице нису застарјели. Једино када сте могли да инсталирате 2-пинску утичницу било је када сте заменили постојећу. Сва нова продајна места морала су бити 3-пинска.
Ипак, данас је уобичајено видети нове утичнице са само два утора и кабловима за напајање на новим уређајима са само два зубаца. Ако их пажљиво погледате, приметићете разлику која их разликује од застарелих, 2-пинских утикача и утичница пре 1947. године. Један од зубаца је већи од другог, што значи да утикач може да стане у утичницу само на један начин. Ови утикачи и утичнице су поларизован. Будући да не можете обрнути оријентацију утикача у утичници, не можете обрнути ни поларитет.
У поларизованој лампи или уређају, врућа жица се повезује на један терминал прекидача, а унутрашњи склоп се повезује на други терминал, који се пак повезује са неутралном жицом. Прекидач је изолован од остатка кола, па када је отворен, ништа не може доћи у контакт са врућом жицом.
Да утикач нема зупчанике различите величине, могли бисте да преокренете поларитет стављајући га наопако. Врућа жица би била у контакту са струјним кругом и уређај би потенцијално могао да вас шокира. Будући да не можете преокренути утикач или поларитет, уземљење није пресудна сигурносна карактеристика, а утикачу није потребан пин за уземљење.
Различите врсте електричних утичница
До сада разматрани утикач са 3 зуба дизајниран је за кругове од 120 волти и може да поднесе струју до 15 ампера. То је утикач и утичница НЕМА 5-15, где је НЕМА национално удружење произвођача електричне енергије. Ова утичница има прорезе за три пина, али прорези за врући и неутрални пинови су различитих величина, па се може користити са поларизованим утикачем.
НЕМА 1-15 је 2-пинска, поларизована верзија овог утикача. 3-пински утикачи изван Северне Америке нису нужно у складу са НЕМА стандардима и обично имају различите конфигурације пинова.
Занимљива карактеристика уземљеног утикача НЕМА 5-15 је да је уземљени клин око 1/8 инча дужи од друга два. Логика тога стоји да, када нешто прикључите, уземљивач прво успостави контакт, тако да увек имате заштиту на земљи. Многи људи постављају утичницу НЕМА 5-15 са уземљеном иглом испод друге две, али то је наопако. Осовина за уземљење треба да буде на врху како би спречила да било шта што падне одозго дође у контакт са проводним клиновима.
Постоји читав каталог конфигурација утикача НЕМА за обраду апликација од 120 и 240 волти. Неки кругови од 120 волти имају два пина, а неки три. Утикачи и утичнице за 240-волтне кругове обично имају четири пина, јер ти кругови имају две вруће жице, неутралну жицу и масу.
Иначе, често видите утикаче и уређаје од 120 волти са ознаком 125, 115 или 110 волти и 240-волтне са 250, 230 и 220 волти. Све ово у суштини значе исте ствари. Линеарни напон у Северној Америци је номинално 240 волти, који је подељен на две ноге од 120 волти у стамбеном панелу. Различити наизменични напони настају услед колебања у далеководима и падова напона услед оптерећења кола и удаљености од панела.
ГФЦИ посуде пружају заштиту од земаљских кварова
Многи домови у Северној Америци изграђени су пре него што је НЕЦ захтевао уземљење струјних кругова и њихови неутемељени кругови и застарели 2-пински продајна места су „прадеда“. То је заправо непријатност, јер већина модерних уређаја има или 3-пинске утикаче или поларизоване оне. Иако је сигурно прикључити 2-пински утикач у 3-пинску утичницу, обрнуто није тачно и уређај оставља без заштите тла.
Најлакше заобилазно решење је инсталирање утичница прекидача круга уземљења (ГФЦИ) у деловима куће који требају уземљене утичнице. ГФЦИ има интерни прекидач који се активира кад год утичница открије абнормалне промене струје, које би могло проузроковати неко ко додирује контакт под напоном док стоји у води. ГФЦИ може спречити струјни удар, али не штити осетљиву опрему од струјних удара и није потпуна замена за уземљење.
Игле ГФЦИ су у стандардној конфигурацији НЕМА 5-15, што значи два вертикална прореза, сваке различите величине, и полукружни прорез за земљу. Обично вам није потребно више од једног ГФЦИ по кругу, јер ће било који ГФЦИ заштитити уређаје ожичене након њега у колу. Стога можете заштитити читав круг променом првог излаза у колу помоћу ГФЦИ.