ปลั๊ก 3 ขาทำงานอย่างไร

ในอเมริกาเหนือ ปลั๊กเครื่องใช้ไฟฟ้าที่มีสามพินหมายความว่าเครื่องได้รับการออกแบบให้ต่อสายดิน การต่อสายดินเป็นหน้าที่ของการเชื่อมต่อปลั๊ก 3 ขาโดยสรุป แต่จริงๆ แล้วหมายความว่าอย่างไร

คุณคงเคยได้ยินมาว่าคุณลักษณะด้านความปลอดภัยที่ติดตั้งอยู่ในวงจรไฟฟ้าสำหรับที่พักอาศัย แต่ถ้าการต่อสายดินมีความสำคัญต่อความปลอดภัยมาก ทำไมอุปกรณ์ใหม่บางตัวจึงมาพร้อมกับปลั๊กแบบ 2 ขาแทนที่จะเป็นแบบ 3 ขา การแจ้งเตือนผู้สปอยเลอร์: ความจริงที่ว่าหมุดมีขนาดต่างกันให้เบาะแสสำหรับคำตอบของคำถามนี้

เต้ารับได้เปลี่ยนแปลงไปอย่างมากนับตั้งแต่ฮาร์วีย์ ฮับเบิลเปิดตัวเต้ารับที่ถอดออกได้ครั้งแรกในปี 2446 ก่อนหน้านั้นไม่มีวิธีใดในการเชื่อมต่อและถอดหลอดไฟหรืออุปกรณ์จากวงจรไฟฟ้าชั่วคราว เต้ารับของฮับเบิลค่อยๆ ปรับเปลี่ยนเป็นเต้ารับ NEMA 5-15 ซึ่งเป็นปลั๊ก 3 ขามาตรฐานและเต้ารับที่ใช้กันในปัจจุบันสำหรับวงจร 120 โวลต์

เต้ารับ สวิตช์ ฐานโคมไฟ และอุปกรณ์ทั่วไปอื่นๆ ได้รับการออกแบบสำหรับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ เนื่องจากที่อยู่อาศัยและ อำนาจทางการค้าในอเมริกาเหนือ - เช่นเดียวกับในส่วนอื่น ๆ ของโลก - มาจากการเหนี่ยวนำ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ไฟ AC มีลักษณะที่แตกต่างจากไฟ DC และมีอำนาจเหนือกว่าตั้งแต่วันที่หลอดไฟสมบูรณ์

การพัฒนาหลอดไฟเริ่มขึ้นในปี พ.ศ. 2349 และดำเนินต่อไปจนถึงศตวรรษที่ 19 จนกระทั่งโธมัส เอดิสันและเพื่อนร่วมงานของเขาสมบูรณ์ไม่มากก็น้อยในปี พ.ศ. 2422

ความต้องการหลอดไส้เกินความสามารถของทุกคนในการผลิตไฟฟ้าสำหรับพวกเขาในทันที และความต้องการสถานีผลิตไฟฟ้าก็ปรากฏชัด ดังนั้นการชักเย่อระหว่างผู้เสนอสถานีผลิตไฟฟ้ากระแสตรง (DC) กับสถานีไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) จึงเริ่มต้นขึ้น ซึ่งเป็นส่วนเล็กๆ ของประวัติศาสตร์ที่เรียกว่าสงครามแห่งกระแสน้ำ

เอดิสันและผู้สนับสนุนของเขาเห็นได้ชัดว่าเป็นฝ่ายผลิตไฟฟ้ากระแสตรง และในฝั่งตรงข้ามคือนิโคลา เทสลา วิศวกรชาวเซอร์เบียซึ่งเคยเป็นลูกจ้างของเอดิสัน ค่ายของเทสลาชนะในวันนั้น และหนึ่งในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเครื่องแรกๆ ออนไลน์ที่น้ำตกไนแองการ่าในปี พ.ศ. 2435 ไฟฟ้ากระแสสลับได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีราคาไม่แพงในการผลิตและประหยัดในการขนส่งมากกว่าไฟฟ้ากระแสตรง

การสร้างไฟฟ้ากระแสสลับขึ้นอยู่กับเครื่องกำเนิดเหนี่ยวนำ ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วจะประกอบด้วยขดลวดหมุนในสนามแม่เหล็ก กระแสที่ไหลผ่านตัวนำจะย้อนกลับทุกรอบ

ซึ่งหมายความว่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลระหว่างขั้วคอยล์และหลอดไฟทั้งหมดระหว่างขั้วทั้งสองไม่ไหลโดยตรงจากขั้วหนึ่งไปยังขั้วหนึ่งไปยัง อื่น ๆ เช่นเดียวกับกระแสตรงทำ แต่แทนที่จะย้อนกลับอย่างต่อเนื่องโดยไหลไปยังขั้วหนึ่งในช่วงครึ่งรอบหนึ่งและไปยังอีกขั้วหนึ่งในช่วงอีกครึ่งหนึ่ง วงจร

แทนที่จะเป็นขั้วบวกและขั้วลบ วงจรไฟฟ้ากระแสสลับจะมีขั้วที่ร้อนและเป็นกลาง สำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าใดๆ ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ ขั้วร้อนคือขั้วที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และขั้วกลางคือขั้วที่ส่งพลังงานกลับไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

หากคุณตัดวงจร เทอร์มินอลร้อนจะยังคงทำงานอยู่ แต่เทอร์มินอลเป็นกลางจะดับ หากคุณสัมผัสขั้วที่ร้อน คุณจะตกใจ แต่คุณจะไม่รู้สึกอะไรเลยหากสัมผัสขั้วที่เป็นกลาง

เมื่อโรงไฟฟ้าออนไลน์ บ้านเรือนทั่วอเมริกาเหนือกลายเป็นไฟฟ้า และเครื่องซักผ้า เครื่องดูดฝุ่น และตู้เย็นไฟฟ้าก็พร้อมใช้งานอย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตามการกระแทกเป็นเรื่องปกติ สายไฟ สวิตช์ และเต้ารับเป็นฉนวนไฟฟ้า แต่ฉนวนมักบิ่น แตก หรือสึก ปล่อยให้สายไฟร้อนสัมผัสกับส่วนต่างๆ ของอุปกรณ์ที่ผู้คนสัมผัส ไฟไหม้เกิดขึ้นบ่อยครั้งเนื่องจากฉนวนสึกหรอและข้อต่อหลวม

สมมุติ​ว่า​คน​หนึ่ง​จะ​แตะ​สายไฟ​ที่​มี​ไฟ​อยู่ หรือ​สวิตช์​ที่​สัมผัสกับ​ลวด​ร้อน หากบุคคลนั้นลอยอยู่ในอากาศหรือสวมรองเท้าหุ้มฉนวนไฟฟ้าอย่างเท่าเทียมกันจะไม่มีอะไรเกิดขึ้น หากบุคคลนั้นยืนอยู่บนพื้นด้วยเท้าเปล่า กระแสไฟฟ้าก็จะไหลผ่านร่างของบุคคลนั้นลงสู่ดิน ซึ่งเป็นอ่างไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุดที่มีอยู่

ใช้เวลาเพียงหนึ่งในสิบของกระแสไฟฟ้า (100 mA) เพื่อหยุดหัวใจของบุคคล ดังนั้นการเผชิญหน้าอาจถึงแก่ชีวิตได้

ตอนนี้ให้พิจารณาว่าไฟฟ้ามีเส้นทางนั้นผ่านลวดนำไฟฟ้าอยู่แล้วหรือไม่ ลวดให้เส้นทางที่มีความต้านทานต่ำลงสู่กราวด์มากกว่าร่างกายมนุษย์ (อิมพีแดนซ์ คือวงจรไฟฟ้ากระแสสลับอะไร แนวต้าน คือวงจรไฟฟ้ากระแสตรง)

ไฟฟ้าจะเลือกเส้นทางที่มีความต้านทานน้อยที่สุด (อิมพีแดนซ์) เสมอ ดังนั้นผู้ที่สัมผัสลวดร้อนจะไม่เกิดไฟฟ้าช็อต หรืออย่างน้อย ก็ไม่เกิดการกระแทกมาก นั่นคือแนวคิดพื้นฐานเบื้องหลัง

การต่อสายดินยังดีสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้า หากเกิดไฟฟ้าลัดวงจรเนื่องจากฉนวนสึก การเชื่อมต่อหลวม หรืออุปกรณ์ชำรุด กราวด์ สายไฟเป็นเส้นทางสำรองสำหรับกระแสไฟฟ้า จึงไม่เกิดการไหม้วงจรและสตาร์ท a ไฟ. วิธีนี้ใช้ได้อีกครั้งเพราะอิมพีแดนซ์ของเส้นทางกราวด์น้อยกว่าที่ผ่านวงจร

เส้นทางกราวด์ในวงจรจะไม่ค่อยดีนักหากคุณไม่มีวิธีเชื่อมต่อ และนั่นคือสิ่งที่ขาที่สามของปลั๊ก 3 ขามีไว้สำหรับ ปลั๊กเชื่อมต่อกับสายไฟที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้งาน ไม่ว่าจะเป็นเครื่องดูดฝุ่น เครื่องปั่น เลื่อยไฟฟ้า หรือโคมไฟทำงาน วงจรในอุปกรณ์มีสายเพื่อให้ทุกอย่างเชื่อมต่อกับขั้วต่อกราวด์

ขั้วต่อกราวด์เชื่อมต่อกับสายกราวด์ในวงจรของอาคารผ่านพินกราวด์บนปลั๊ก หากเครื่องใช้ไฟฟ้ามีปลั๊ก 3 ขา คุณไม่ควรเลี่ยงขาที่สามโดยการตัดหรือใช้อะแดปเตอร์ 3 ขาเป็น 2 ขา หากคุณทำเช่นนี้ อุปกรณ์ที่คุณใช้จะไม่ต่อสายดินและอาจเป็นอันตรายได้

สีของปลั๊กแบบ 3 ขาไม่เหมือนกันทั่วโลก แต่เป็นมาตรฐานทั่วทั้งอเมริกาเหนือ รวมถึงแคนาดา สหรัฐอเมริกา และเม็กซิโก รหัสไฟฟ้าแห่งชาติ (NEC) ระบุสีขาวเป็นสีของสายกลาง แต่ไม่ได้กำหนดข้อกำหนดใดๆ สำหรับสีของลวดร้อนหรือสายดิน อย่างไรก็ตาม มีการปฏิบัติตามแบบแผนอย่างใกล้ชิดในการใช้สีแดงหรือสีดำสำหรับลวดร้อน และสีเขียวสำหรับสายกราวด์ สายกราวด์มักถูกปล่อยให้เปลือยเปล่าเช่นกัน

NEC เริ่มกำหนดให้ใช้วงจรต่อสายดินในห้องซักผ้าในปี 1947 และขยายข้อกำหนดไปยังพื้นที่อื่นๆ ส่วนใหญ่ในปี 1956 การเปลี่ยนแปลงนี้ทำให้ปลั๊กและเต้ารับแบบ 2 ขาทั้งหมดล้าสมัย ครั้งเดียวที่คุณสามารถติดตั้งเต้ารับแบบ 2 พินได้คือเมื่อคุณเปลี่ยนเต้ารับที่มีอยู่ เต้ารับใหม่ทั้งหมดจะต้องเป็นแบบ 3 พิน

ทุกวันนี้ เป็นเรื่องปกติที่จะเห็นร้านใหม่ที่มีช่องเสียบเพียงสองช่องและสายไฟในเครื่องใช้ไฟฟ้าใหม่ที่มีเพียงสองง่าม หากคุณมองใกล้สิ่งเหล่านี้ คุณจะพบความแตกต่างที่แตกต่างจากปลั๊กและเต้ารับแบบ 2 ขาที่ล้าสมัย ก่อนปี 1947 ง่ามข้างหนึ่งมีขนาดใหญ่กว่าอีกอัน ซึ่งหมายความว่าปลั๊กสามารถเสียบเข้ากับเต้ารับได้ทางเดียวเท่านั้น ปลั๊กและเต้ารับเหล่านี้คือ โพลาไรซ์. เนื่องจากคุณไม่สามารถกลับทิศทางของปลั๊กในซ็อกเก็ตได้ คุณจึงไม่สามารถกลับขั้วได้

ในหลอดไฟหรืออุปกรณ์โพลาไรซ์ ลวดร้อนจะเชื่อมต่อกับขั้วหนึ่งของสวิตช์ และวงจรภายในจะเชื่อมต่อกับขั้วอื่น ซึ่งจะเชื่อมต่อกับสายกลาง สวิตช์หุ้มฉนวนจากวงจรที่เหลือ ดังนั้นเมื่อเปิดอยู่ จะไม่มีสิ่งใดมาสัมผัสกับลวดร้อนได้

หากปลั๊กไม่มีขาที่มีขนาดต่างกัน คุณจะสามารถกลับขั้วได้โดยวางกลับหัวกลับหาง ลวดร้อนจะสัมผัสกับวงจร และอุปกรณ์อาจทำให้คุณตกใจ เนื่องจากคุณไม่สามารถย้อนกลับปลั๊กหรือขั้ว การต่อลงดินจึงไม่ใช่คุณสมบัติด้านความปลอดภัยที่สำคัญ และปลั๊กก็ไม่จำเป็นต้องมีขากราวด์

ปลั๊ก 3 ขาที่อยู่ระหว่างการสนทนาได้รับการออกแบบสำหรับวงจร 120 โวลต์และรองรับกระแสไฟสูงสุด 15 แอมป์ มันคือปลั๊กและเต้ารับ NEMA 5-15 โดยที่ NEMA เป็นสมาคมผู้ผลิตไฟฟ้าแห่งชาติ เต้ารับนี้มีสล็อตสำหรับพินสามพิน แต่สล็อตพินที่ร้อนและเป็นกลางนั้นมีขนาดต่างกัน ดังนั้นจึงสามารถใช้กับปลั๊กโพลาไรซ์ได้

NEMA 1-15 เป็นปลั๊กรุ่นโพลาไรซ์แบบ 2 ขา ปลั๊ก 3 ขานอกอเมริกาเหนือไม่จำเป็นต้องเป็นไปตามมาตรฐาน NEMA และมักจะมีการกำหนดค่าขาที่แตกต่างกัน

คุณลักษณะที่น่าสนใจของปลั๊กต่อสายดิน NEMA 5-15 คือขากราวด์นั้นยาวกว่าอีกสองตัวประมาณ 1/8 นิ้ว ตรรกะเบื้องหลังนี้คือ เมื่อคุณเสียบบางอย่าง หมุดกราวด์จะสัมผัสก่อน คุณจึงมีการป้องกันกราวด์เสมอ หลายคนติดตั้งเต้ารับ NEMA 5-15 ด้วยหมุดกราวด์ด้านล่างอีกสองอัน แต่กลับหัวกลับหาง หมุดกราวด์ควรอยู่ด้านบนเพื่อป้องกันไม่ให้สิ่งที่ตกลงมาจากด้านบนสัมผัสกับหมุดนำไฟฟ้า

มีแค็ตตาล็อกการกำหนดค่าปลั๊ก NEMA ทั้งหมดเพื่อรองรับแอปพลิเคชันขนาด 120 และ 240 โวลต์ วงจร 120 โวลต์บางวงจรมีสองพินและบางวงจรมีสามตัว ปลั๊กและเต้ารับสำหรับวงจร 240 โวลต์มักมีสี่พิน เนื่องจากวงจรเหล่านี้มีสายร้อนสองเส้น ลวดเป็นกลางและกราวด์

อย่างไรก็ตาม คุณมักจะเห็นปลั๊กและเครื่องใช้ไฟฟ้า 120 โวลต์ที่ระบุว่าเป็นไฟ 125, 115 หรือ 110 โวลต์ และขนาด 240 โวลต์มีป้ายกำกับว่า 250, 230 และ 220 โวลต์ ทั้งหมดนี้หมายถึงสิ่งเดียวกันโดยพื้นฐานแล้ว แรงดันไฟฟ้าของสายในอเมริกาเหนือคือ 240 โวลต์ในนามซึ่งแบ่งออกเป็นสองขา 120 โวลต์ในแผงที่อยู่อาศัย แรงดันไฟฟ้าสำรองต่างๆ เกิดจากการผันผวนของสายส่งและแรงดันไฟตกเนื่องจากโหลดวงจรและระยะห่างจากแผงควบคุม

บ้านหลายหลังในอเมริกาเหนือถูกสร้างขึ้นก่อนที่ NEC จะต้องมีการต่อสายดิน และวงจรที่ไม่ได้ลงกราวด์และ 2-pin ที่ล้าสมัย ร้านค้าเป็น "ปู่ใน" ที่จริงแล้วไม่สะดวกเพราะอุปกรณ์ที่ทันสมัยส่วนใหญ่มีปลั๊ก 3 ขาหรือโพลาไรซ์ คน แม้ว่าการเสียบปลั๊กแบบ 2 พินในซ็อกเก็ตแบบ 3 พินจะปลอดภัย แต่การกลับกันไม่เป็นความจริง และทำให้อุปกรณ์ไม่มีการป้องกันกราวด์

วิธีแก้ปัญหาที่ง่ายที่สุดคือการติดตั้งเต้ารับไฟฟ้าลัดวงจร (GFCI) ในพื้นที่ของบ้านที่ต้องการเต้ารับที่มีการลงกราวด์ GFCI มีเบรกเกอร์ภายในที่จะเดินทางเมื่อใดก็ตามที่เต้าเสียบตรวจพบการเปลี่ยนแปลงของกระแสที่ผิดปกติ เช่น อาจเกิดจากใครบางคนสัมผัสหน้าสัมผัสที่มีชีวิตขณะยืนอยู่ในน้ำ GFCI สามารถป้องกันไฟฟ้าช็อตได้ แต่ก็ไม่ได้ป้องกันอุปกรณ์ที่ละเอียดอ่อนจากไฟกระชากในปัจจุบัน และไม่สามารถใช้ทดแทนการต่อสายดินได้อย่างสมบูรณ์

หมุดของ GFCI อยู่ในการกำหนดค่า NEMA 5-15 มาตรฐาน ซึ่งหมายถึงช่องแนวตั้งสองช่อง แต่ละช่องมีขนาดต่างกัน และช่องกราวด์รูปครึ่งวงกลม โดยปกติคุณไม่จำเป็นต้องมี GFCI มากกว่าหนึ่งตัวต่อวงจร เนื่องจาก GFCI ใดๆ จะป้องกันอุปกรณ์ที่ต่อสายไว้ในวงจร คุณจึงสามารถป้องกันทั้งวงจรได้โดยการเปลี่ยนเต้ารับแรกในวงจรด้วย GFCI