Capitolul 3 - Siguranță electrică

După cum am văzut mai devreme, un sistem de alimentare fără conexiune sigură la pământ este imprevizibil din perspectiva siguranței. Nu există nicio modalitate de a garanta cât de mult sau cât de puțină tensiune va exista între orice punct din circuit și pământ.

Prin împământarea unei părți a sursei de tensiune a sistemului de alimentare, cel puțin un punct al circuitului poate fi asigurat că este comun electric cu pământul și, prin urmare, nu prezintă pericol de șoc. Într-un sistem simplu de alimentare electrică cu două fire, conductorul conectat la masă se numește neutru, iar celălalt conductor se numește fierbinte, cunoscut și sub numele de sub tensiune sau activ:

siguranță

În ceea ce privește sursa de tensiune și sarcina, împământarea nu face deloc diferență. Există pur și simplu din motive de siguranță personală, garantând că cel puțin un punct din circuit va fi în siguranță la atingere (tensiune zero la masă).

Partea „fierbinte” a circuitului, numită pentru potențialul său de pericol de șoc, va fi periculoasă la atingere, cu excepția cazului în care tensiunea este asigurată printr-o deconectare adecvată de la sursă (în mod ideal, folosind o procedură sistemică de blocare/etichetare).

Este important să se înțeleagă acest dezechilibru de pericol între cei doi conductori într-un circuit de putere simplu. Următoarele serii de ilustrații se bazează pe sisteme comune de cablare pentru uz casnic (folosind mai degrabă surse de tensiune continuă decât curent alternativ).

Dacă aruncăm o privire la un aparat electric simplu de uz casnic, cum ar fi un prăjitor de pâine cu o carcasă metalică conductivă, putem vedea că nu ar trebui să existe pericol de șoc atunci când funcționează corect. Sârmele care conduc puterea către elementele de încălzire ale prăjitorului de pâine sunt izolate de atingerea carcasei metalice (și reciproc) de cauciuc sau plastic.

Cu toate acestea, dacă unul dintre firele din interiorul prăjitorului de pâine ar intra accidental în contact cu carcasa metalică, carcasa va fi făcută electrică firului, iar atingerea carcasei va fi la fel de periculoasă ca atingerea firului gol. Dacă acest lucru prezintă sau nu un pericol de șoc, depinde de firul care atinge accidental:

Dacă firul „fierbinte” intră în contact cu carcasa, acesta pune în pericol utilizatorul prăjitorului de pâine. Pe de altă parte, dacă firul neutru intră în contact cu carcasa, nu există pericol de șoc:

Pentru a se asigura că prima defecțiune este mai puțin probabilă decât cea din urmă, inginerii încearcă să proiecteze aparate astfel încât să reducă la minimum contactul conductorului fierbinte cu carcasa.

În mod ideal, desigur, nu doriți ca niciun fir să intre în contact accidental cu carcasa conductivă a aparatului, dar există de obicei modalități de a proiecta aspectul pieselor pentru a face contactul accidental mai puțin probabil pentru un fir decât pentru celălalt.

Cu toate acestea, această măsură preventivă este eficientă numai dacă polaritatea fișei de alimentare poate fi garantată. Dacă ștecherul poate fi inversat, atunci conductorul care are mai multe șanse să contacteze carcasa ar putea fi foarte bine „fierbinte”:

Aparatele concepute în acest fel vin de obicei cu prize „polarizate”, o vârf a mufei fiind puțin mai îngustă decât cealaltă. Recipientele de alimentare sunt, de asemenea, proiectate astfel, un slot fiind mai îngust decât celălalt.

În consecință, ștecherul nu poate fi introdus „înapoi”, iar identitatea conductorului în interiorul aparatului poate fi garantată. Amintiți-vă că acest lucru nu are niciun efect asupra funcției de bază a aparatului: este strict din motive de siguranță a utilizatorului.

Unii ingineri abordează problema siguranței pur și simplu făcând carcasa exterioară a aparatului neconductivă. Astfel de aparate se numesc izolate dublu, deoarece carcasa izolatoare servește ca al doilea strat de izolație deasupra și dincolo de conductorul însuși. Dacă un fir din interiorul aparatului vine accidental în contact cu carcasa, nu există pericol pentru utilizatorul aparatului.

Alți ingineri abordează problema siguranței menținând o carcasă conductivă, dar folosind un al treilea conductor pentru a conecta ferm carcasa la sol:

Al treilea vârf de pe cablul de alimentare asigură o conexiune electrică directă de la carcasa aparatului la pământ, ceea ce face ca cele două puncte să fie comune între ele. Dacă sunt obișnuite din punct de vedere electric, atunci nu poate exista o tensiune scăzută între ele.

Cel puțin așa ar trebui să funcționeze. Dacă conductorul fierbinte atinge accidental carcasa metalică a aparatului, acesta va crea un scurtcircuit direct înapoi la sursa de tensiune prin firul de masă, declanșând orice dispozitiv de protecție la supracurent. Utilizatorul aparatului va rămâne în siguranță.

Acesta este motivul pentru care este atât de important să nu tăiați niciodată al treilea vârf de pe o priză atunci când încercați să îl introduceți într-o priză cu două vârfuri. Dacă se face acest lucru, nu va exista o împământare a carcasei aparatului pentru a menține utilizatorii în siguranță.

Aparatul va funcționa în continuare corect, dar dacă există o defecțiune internă care aduce firul fierbinte în contact cu carcasa, rezultatele pot fi mortale. Dacă trebuie utilizat un conector cu două colțuri, poate fi instalat un adaptor cu două cu trei colțuri cu un fir de împământare atașat la șurubul capacului împământat. Acest lucru va menține siguranța aparatului împământat în timp ce este conectat la acest tip de priză.

Cu toate acestea, o inginerie sigură electric nu se termină neapărat la sarcină. O protecție finală împotriva șocurilor electrice poate fi aranjată pe partea de alimentare a circuitului, mai degrabă decât pe aparat. Această protecție se numește detectarea defecțiunilor la sol și funcționează astfel:

Într-un aparat care funcționează corespunzător (prezentat mai sus), curentul măsurat prin conductorul fierbinte ar trebui să fie exact egal cu curentul prin conductorul neutru, deoarece există o singură cale pentru ca electronii să curgă în circuit. Fără defecte în interiorul aparatului, nu există nicio conexiune între conductorii circuitului și persoana care atinge carcasa și, prin urmare, nu există șoc.

Cu toate acestea, dacă firul fierbinte intră accidental în carcasă din metal, va exista curent prin persoana care atinge carcasa. Prezența unui șoc de curent se va manifesta ca o diferență de curent între cei doi conductori de putere la priză:

Această diferență de curent între conductorii „fierbinți” și „neutri” va exista numai dacă există curent prin conexiunea la pământ, ceea ce înseamnă că există o defecțiune în sistem. Prin urmare, o astfel de diferență de curent poate fi utilizată ca o modalitate de a detecta o stare de defecțiune.

Dacă un dispozitiv este configurat pentru a măsura această diferență de curent între cei doi conductori de putere, detectarea dezechilibrului de curent poate fi utilizată pentru a declanșa deschiderea unui întrerupător de deconectare, întrerupând astfel puterea și prevenind șocurile grave:

Astfel de dispozitive se numesc pe scurt întreruptoare de curent de eroare la sol sau GFCI. În afara Americii de Nord, GFCI este cunoscut ca un întrerupător de siguranță, un dispozitiv de curent rezidual (RCD), un RCBO sau RCD/MCB dacă este combinat cu un întrerupător în miniatură sau un întrerupător de scurgere la pământ (ELCB).

Sunt suficient de compacte pentru a putea fi încorporate într-o priză de alimentare. Aceste recipiente sunt ușor identificate prin butoanele distinctive „Test” și „Reset”. Marele avantaj al utilizării acestei abordări pentru a asigura siguranța este că funcționează indiferent de designul aparatului.

Desigur, utilizarea unui aparat cu izolare dublă sau împământată, în plus față de o priză GFCI, ar fi încă mai bună, dar este reconfortant să știți că se poate face ceva pentru a îmbunătăți siguranța dincolo de designul și starea aparatului.

Întreruptorul de defecțiune la arc (AFCI), un întrerupător de circuit conceput pentru a preveni incendiile, este proiectat să se deschidă pe scurtcircuite rezistive intermitente. De exemplu, un întrerupător normal de 15 A este conceput pentru a deschide rapid circuitul dacă este încărcat cu mult peste valoarea nominală de 15 A, mai încet, puțin peste valoarea nominală.

În timp ce acesta protejează împotriva scurtcircuitelor directe și, respectiv, de câteva secunde de suprasarcină, nu protejează împotriva arcurilor - similar cu sudarea cu arc. Un arc este o sarcină extrem de variabilă, cu vârfuri repetate la peste 70 A, circuit deschis cu treceri zero de curent alternativ.

Deși curentul mediu nu este suficient pentru a declanșa un întrerupător standard, este suficient pentru a porni un incendiu. Acest arc ar putea fi creat de un scurtcircuit metalic care arde metalul deschis, lăsând o plasmă rezistentă de pulverizare a gazelor ionizate.

AFCI conține circuite electronice pentru a detecta acest scurtcircuit rezistiv intermitent. Protejează atât împotriva arcurilor fierbinți până la neutre, cât și a celor fierbinți până la sol. AFCI nu protejează împotriva pericolelor personale de șoc, așa cum o face un GFCI. Astfel, GFCI trebuie încă instalate în bucătărie, baie și circuite în aer liber.

Deoarece AFCI se declanșează adesea la pornirea motoarelor mari și mai general la motoarele cu perii, instalarea sa este limitată la circuitele dormitorului de către S.U.A. Codul electric național. Utilizarea AFCI ar trebui să reducă numărul de incendii electrice. Cu toate acestea, problemele se declanșează atunci când funcționează aparate cu motoare pe circuite AFCI.

REVIZUIRE:

  • Sistemele de alimentare au adesea o parte a sursei de tensiune conectată la pământ pentru a asigura siguranța în acel punct.
  • Conductorul „împământat” într-un sistem de alimentare se numește conductor neutru, în timp ce conductorul neîmpământat este numit fierbinte.
  • Împământarea în sistemele de alimentare există din motive de siguranță personală, nu pentru funcționarea sarcinii.
  • Siguranța electrică a unui aparat sau a altor sarcini poate fi îmbunătățită printr-o bună inginerie: dopurile polarizate, izolația dublă și dopurile de „împământare” cu trei direcții sunt toate modalitățile prin care siguranța poate fi maximizată pe partea de sarcină.
  • Întreruptoarele de curent de defecțiune la sol (GFCI) funcționează prin detectarea unei diferențe de curent între cei doi conductori care furnizează energie sarcinii. Nu ar trebui să existe deloc nicio diferență de curent. Orice diferență înseamnă că curentul trebuie să intre sau să iasă din sarcină prin alte mijloace decât cele două conductoare principale, ceea ce nu este bun. O diferență semnificativă de curent va deschide automat un mecanism de întrerupere, întrerupând complet puterea.