У Північній Америці штекер приладу, який має три штифти, означає, що прилад розроблений для заземлення. Заземлення - це функція 3-контактного штекерного з'єднання в двох словах, але що це насправді означає?
Ви, напевно, чули, що це функція безпеки, вбудована в житлові схеми, але якщо заземлення так важливо для безпеки, чому деякі нові електроприлади мають 2-контактні штекери замість 3-контактних? Попередження спойлера: Той факт, що шпильки мають різний розмір, дає підказку для відповіді на це питання.
Посудини значно змінилися з часу, коли Харві Хаббл в 1903 році ввів першу роз'ємну розетку. До цього не було практичного способу тимчасово підключити та відключити лампу чи прилад від електричного кола. Розетка Хаббла поступово перетворилася на розетку NEMA 5-15, яка є стандартною комбінацією 3-контактних вилок і розеток, що використовується сьогодні для 120-вольтних схем.
Розетки, вимикачі, цоколі ламп та інші загальні пристрої призначені для схем змінного струму, оскільки всі житлові та комерційна влада в Північній Америці - як і в будь-якій іншій частині світу - походить від індукції генератори. Потужність змінного струму має інші характеристики, ніж потужність постійного струму, і вона переважає з дня вдосконалення лампочки.
Світанок електромережі
Розробка лампочки розпочалася в 1806 році і тривала до 19 століття, доки її більш-менш вдосконалили Томас Едісон та його колеги в 1879 році.
Попит на лампи розжарювання відразу перевершив будь-яку можливість виробляти для них електроенергію, і потреба в електростанціях стала очевидною. Так розпочалося перетягування каната між прихильниками станцій, що генерують постійний струм (DC), і станцій змінного струму (AC) - невеликий фрагмент історії, відомий як Війна струмів.
Едісон та його прихильники явно були на стороні виробництва електроенергії постійного струму, а на протилежному - Нікола Тесла, сербський інженер, який був співробітником Едісона. Табір Тесли виграв день, і один з перших генераторів змінного струму вийшов у мережу на Ніагарському водоспаді в 1892 році. Енергія змінного струму виявилася дешевшою у виробництві та економічнішою у транспортуванні, ніж потужність постійного струму.
Ранні пристрої змінного струму були необгрунтованими та шокуючими
Генерація джерела змінного струму залежить від індукційного генератора, який, по суті, складається з обертової котушки в магнітному полі. Струм, що проходить через провідник, змінюється при кожному обертанні.
Це означає, що електроенергія, яка протікає між клемами котушки та всіми лампочками між ними, не надходить безпосередньо від одного терміналу до інший, як це робить струм постійного струму, але натомість постійно змінюється, змінюючи себе, протікаючи до однієї клеми протягом одного напівцикла та до іншого протягом другої половини циклу.
Замість позитивних і негативних клем у ланцюзі змінного струму є гарячі та нейтральні. Для будь-якого електричного пристрою в ланцюзі змінного струму гарячим терміналом є той, який підключений до генератора енергії, а нейтральним - той, який повертає живлення назад до генератора.
Якщо розірвати ланцюг, гаряча клема залишається під напругою, але нейтральна клема згасає. Якщо торкнутися гарячого терміналу, ви отримаєте шок, але нічого не відчуєте, торкнувшись нейтрального терміналу.
Коли електростанції з’явились в мережі, будинки по всій Північній Америці стали електрифікованими, а пральні машини, пилососи та електричні холодильники стали швидко доступними. Однак шоки були загальними. Провід, вимикачі та розетки були електрично ізольовані, але ізоляція часто відколювалася, тріскалася або зношувалася, залишаючи відкриті гарячі дроти в контакті з частинами пристроїв, до яких люди торкалися. Пожежі були частими через зношену ізоляцію та слабкі з'єднання.
Як допомагає заземлення?
Припустимо, людина повинна була торкнутися розжареного дроту, що знаходиться під напругою, або вимикача, що контактує з нагрітим проводом. Якби людина якось плавала в повітрі або, що рівнозначно, носила електроізольоване взуття, нічого б не сталося. Якби людина стояла на землі босими ногами, електрика текла б через тіло людини на землю, яка є найбільшою доступною електричною раковиною.
Щоб зупинити серце людини, потрібна лише десята частина ампера струму (100 мА), тому зустріч цілком може бути фатальною.
А тепер подумайте, чи електричний струм вже має цей шлях через провідний провід. Провід забезпечує менший опір шляху до землі, ніж людське тіло. (Імпеданс полягає в ланцюгах змінного струму, що опір до ланцюгів постійного струму).
Електрика завжди обирає шлях найменшого опору (імпедансу), тому людина, що торкається гарячого дроту, не отримає удару - або, принаймні, не такого великого удару. Це основна ідея заземлення.
Заземлення також добре для електрообладнання. Якщо коротке замикання відбувається через зношену ізоляцію, неміцні з'єднання або пошкоджений пристрій, землю провід забезпечує альтернативний шлях для електрики, щоб він не перегорів ланцюг і не запустив a вогонь. Знову ж таки, це працює, оскільки імпеданс шляху землі менше, ніж через ланцюг.
3-контактний штекер
Шлях заземлення в схемі не дуже хороший, якщо у вас немає способу підключитися до нього, і саме для цього призначений третій штифт на 3-контактному штекері. Вилка підключається до шнура живлення, який, у свою чергу, підключається до використовуваного електричного апарату, будь то вакуум, блендер, електропилка або робоча лампа. Схема в апараті підключена так, що все підключено до його заземлювача.
Клема заземлення з'єднується з проводом заземлення в схемі будівлі через штифт заземлення на штекері. Якщо у приладі є 3-контактний штекер, ви ніколи не повинні обминати третій контакт, відрізаючи його або використовуючи 3-контактний до 2-контактний адаптер. якщо ви зробите це, пристрій, яким ви користуєтесь, не заземлений і може бути небезпечним.
Кольори 3-контактних штепсельних проводів не однакові у всьому світі, але вони стандартизовані по всій Північній Америці, включаючи Канаду, США та Мексику. Національний електричний кодекс (NEC) визначає білий колір як колір нульового дроту, але він не встановлює жодних вимог щодо кольорів гарячого дроту або дроту заземлення. Тим не менше, існує пильно дотримувана конвенція використовувати червоний або чорний колір для гарячого дроту та зелений для заземлення. Заземлені дроти також зазвичай залишаються оголеними.
Чому деякі прилади мають 2-контактні штекери?
NEC почав вимагати заземлених схем в пральнях в 1947 році і поширив вимогу на більшість інших місць в 1956 році. Зміна зробила 2-контактні вилки та розетки майже не застарілими. Єдиний раз, коли ви могли встановити 2-контактну розетку, було коли ви замінювали існуючу. Всі нові торгові точки мали бути 3-контактними.
Однак сьогодні часто можна зустріти нові торгові точки з двома гніздами та шнурами живлення на нових приладах лише з двома зубцями. Однак, якщо ви уважно їх розглянете, ви помітите різницю, яка відрізняє їх від застарілих, 2-контактних вилок та розеток до 1947 року. Один із зубців більший за інший, що означає, що вилка може входити в розетку лише в один бік. Ці вилки та розетки є поляризований. Оскільки ви не можете змінити орієнтацію штекера в розетці, ви не можете змінити полярність.
У поляризованій лампі або приладі гарячий провід підключається до однієї клеми вимикача, а внутрішня схема - до іншої клеми, яка в свою чергу з'єднується з нульовим проводом. Вимикач ізольований від решти схеми, тому, коли він розімкнений, ніщо не може стикатися з гарячим проводом.
Якби штепсель не мав різного розміру зубця, ви змогли б змінити полярність, поставивши його догори дном. Гарячий провід контактував би із схемою, і пристрій потенційно може викликати удар. Оскільки ви не можете змінити штекер або полярність, заземлення не є важливою функцією безпеки, і штепсель не потребує заземлення.
Різні типи електричних розеток
Обговорюваний на сьогоднішній день 3-контактний штекер призначений для 120-вольтних схем і для обробки струму до 15 ампер. Це штепсельна вилка NEMA 5-15, де NEMA є Національною асоціацією виробників електричної енергії. У цій розетці є гнізда для трьох штифтів, але гнізда для гарячого та нейтрального штифтів мають різні розміри, тому її можна використовувати з поляризованою вилкою.
NEMA 1-15 - це 2-контактний, поляризований варіант цієї вилки. 3-контактні штекери за межами Північної Америки не обов'язково відповідають стандартам NEMA і зазвичай мають різну конфігурацію штифтів.
Цікавою особливістю заземленого штекера NEMA 5-15 є те, що штифт заземлення довший за два інших приблизно на 1/8 дюйма. Логіка цього полягає в тому, що коли ви щось підключаєте, заземлювальний штифт контактує першим, тому у вас завжди є захист від заземлення. Багато людей встановлюють розетку NEMA 5-15 заземлюючим штифтом нижче двох інших, але це догори дном. Штифт заземлення повинен бути зверху, щоб уникнути попадання зверху контактуючих провідних штифтів.
Існує цілий каталог конфігурацій штекерів NEMA для обробки додатків на 120 і 240 вольт. Деякі 120-вольтові схеми мають два висновки, а деякі - три. Штекери та розетки для 240-вольтних ланцюгів зазвичай мають чотири висновки, оскільки ці схеми мають два гарячі дроти, нульовий провід і землю.
До речі, ви часто бачите 120-вольтові штекери та прилади з позначками 125, 115 або 110 вольт та 240 вольт із позначками 250, 230 та 220 вольт. Це все означає по суті одне і те ж. Номінальна напруга в Північній Америці становить 240 вольт, яка розділена на дві 120-вольтові ніжки в житловій панелі. Різні змінні напруги зумовлені коливаннями ліній електропередач та падінням напруги через навантаження ланцюга та відстань від панелі.
Розетки GFCI забезпечують захист від заземлення
Багато будинків у Північній Америці були побудовані до того, як NEC вимагав заземлення ланцюга, а також їх незаземлені схеми та застарілі 2-контактні торгові точки "дідуся". Це насправді незручність, оскільки більшість сучасних пристроїв мають або 3-контактні штекери, або поляризовані ті. Хоча безпечно підключити 2-контактний штекер до 3-контактної розетки, зворотне не відповідає дійсності, і це залишає пристрій без захисту від заземлення.
Найпростішим обхідним шляхом є встановлення розеток переривача замикання на землю (GFCI) в районах будинку, які потребують заземлених розеток. GFCI має внутрішній вимикач, який спрацьовує всякий раз, коли розетка виявляє ненормальні зміни струму, наприклад, спричинені тим, що хтось торкається живого контакту, перебуваючи у воді. GFCI може запобігти ураженню електричним струмом, але він не захищає чутливе обладнання від струмових стрибків напруги і не є повною заміною заземлення.
Штифти GFCI мають стандартну конфігурацію NEMA 5-15, що означає два вертикальних прорізи, кожен різного розміру, та напівкруглу щілину для заземлення. Зазвичай вам не потрібно більше одного GFCI на ланцюг, оскільки будь-який GFCI захистить пристрої, підключені після нього в ланцюзі. Таким чином, ви можете захистити цілу схему, змінивши першу розетку в ланцюзі за допомогою GFCI.
