Co sprawia, że ​​napięcie sieciowe jest bezpieczne w domach?

Kiedy zacząłem uczyć się elektrotechniki, jedną z najważniejszych wskazówek bezpieczeństwa nauczyłem się, że napięcia powyżej 36 V. mogą być niebezpieczne. Jak ujął to mój profesor obwodów, napięcie 120 VAC będzie kłuć, a napięcie 240 V AC poważnie go zrani.

Teraz, gdy wiem więcej o tych napięciach i ich zagrożeniach, jestem zdezorientowany co do prądu w sieci i tego, jak bezpieczne. Często widzę ludzi (od) podłączających kable zasilające do gniazdek za biurkiem lub kanapą, bez wyraźnego widoku tego, czego dotykają - czasami dwiema rękami, aby uzyskać lepszą przyczepność, zdecydowanie nie-nie w moich laboratoriach elektrycznych w szkole. Jak niebezpieczne jest na przykład ryzyko dotknięcia palcem zarówno gorących, jak i neutralnych linii? Czy wyłączniki automatyczne w domu naprawdę tego chronią, czy 120 / 240VAC nie jest tak niebezpieczne, jak mi się wydaje?

Wyłączniki automatyczne nie wystarczą do ochrony życia. Wyłączniki mają za zadanie zatrzymać topnienie się kabli w ścianach domu i przypalenie ognia - wyłączniki i bezpieczniki pełnią funkcję zatrzymania ognia (co oczywiście jest również bardzo niebezpieczne dla życia).

W celu bezpośredniego kontaktu z częścią pod napięciem prądu przemiennego, w Wielkiej Brytanii mamy urządzenia różnicowoprądowe (RCD) - te „wyzwalają” zasilanie, jeśli prąd pobierany przez jeden z przewodów prądu zmiennego jest inny niż prąd o drugim o ~ 20 mA:

_{(źródło: diyhowto.co.uk )}

Oczywiście bezpiecznik nie byłby przydatny, ponieważ normalny prąd urządzeń podłączonych do prądu przemiennego będzie wynosił dziesiątki lub więcej wzmacniaczy. Więc jeśli masz urządzenie pobierające 10 amperów i dotkniesz jednego z przewodów prądu przemiennego, wyciągniesz prąd ziemski o wartości może 20 mA, a to „zakłóci równowagę” RCD i wyłączy zasilanie.

Jeśli chodzi o dotykanie obu terminali jednocześnie, należy przewidzieć inny scenariusz. Mówię o systemach zasilania prądem przemiennym, w których jeden przewodnik (zwany czasem neutralnym) jest „ziemisty”, tj. Może mieć napięcie tylko kilku woltów do ziemi - jeśli dotkniesz tylko tego drutu, jest bardzo mało prawdopodobne, aby wyzwolić RCD ALE kogo to obchodzi - w najlepszym razie to tylko kilka woltów przyłożonych do twojego ciała i prawie żaden prąd nie przepłynie. Jeśli zamiast tego dotknąłeś obu przewodów prądu przemiennego (pod napięciem i zera), wówczas z prądu pobierany będzie prąd uziemienia, który jest nadal znacznie większy niż prąd z przewodu zerowego i wyłącznika RCD.

Powiedziawszy to wszystko ~ 20mA nadal będzie boleć, nawet jeśli jest to tylko poniżej 100 milisekund. Czy to będzie śmiertelne - być może dla osób z dolegliwościami serca, ale czy ci ludzie będą grzebać pod biurkiem, aby ślepo wcisnąć wtyczkę do gniazdka?

W przypadku systemów prądu przemiennego, które są „odizolowane” od ziemi, dotknięcie dowolnego drutu będzie ledwo zauważalne, ale dotknięcie obu nie spowoduje zadziałania wyłącznika różnicowoprądowego i będziesz w poważnym niebezpieczeństwie - przepływ prądu będzie przebiegał bezpośrednio przez ciało i od przewodu do przewodu konduktor. Na szczęście tego rodzaju instalacje nie są bardzo powszechne, ale na pewno nie są niespotykane. Utrata połączenia uziemienia neutralnego może spowodować ten problem.

W niektórych częściach Europy (znam Niemcy i Francję) złącza są wykonane w taki sposób, aby uchronić Cię przed przypadkowym dotknięciem sieci, nawet jeśli będziesz się starać podczas pracy ze złączem:

(obraz pochodzi z Wikipedii i domeny publicznej)

To szczególne gniazdo jest używane w Niemczech. Francja ma nieco inny format (który nie jest kompatybilny z wtyczką pokazaną na obrazku, ale z inną, podobną postacią wtyczek), gdzie ziemia nie jest po bokach (oznaczona „2” na zdjęciu), ale jako gruba szpilka wyłaniające się z gniazda.

Ponieważ gniazdo jest osadzone, nie można dotykać gorących styków podczas podłączania lub odłączania. Jedyne metalowe części, które można dotykać, mają potencjał uziemienia i łączą się przed podłączeniem gorących przewodów.

Jedynym sposobem na szok z Schuko jest włożenie czegoś przewodzącego do jednej z dziur. Aby uchronić przed tym małe dzieci, dostępne są wkładki zabezpieczające (a listwy zasilające często są wyposażone we wbudowane zabezpieczenia).

Ponadto stosowane są również wyłączniki RCD opisane w @Andy aka .

Jak komentuje @venny, cienkie dwubiegunowe wtyczki (wtyczki europejskie ) mają metal tylko na drugim końcu styków.

Co sprawia, że ​​jest bezpieczny w domach, firmach i szkołach: Nic nie zapewnia bezpiecznego zasilania sieciowego poza rygorystycznymi wytycznymi projektowymi narzuconymi przez różne normy krajowe i międzynarodowe. W Stanach Zjednoczonych NEC lub National Electric Code określa, w jaki sposób należy okablować domy i jakie urządzenia są dozwolone, a których nie wolno używać. Reguluje takie rzeczy, jak sposób prowadzenia okablowania, sposób obsługi, zakończenia, zamknięcia, jakie typy przewodów są dozwolone w scenariuszu itp.

W przypadku urządzenia elektrycznego, którym może być cokolwiek, od puszki z gniazdem (puszka do montażu gniazdka) w ścianie po urządzenie takie jak telewizor, musi spełniać różne standardy. Są to standardy opracowane i utrzymywane przez różne agencje prywatne i rządowe, wiele z nich ma charakter międzynarodowy, np. IEC. Przykładem w USA mogą być Underwriters (UL) Laboratories oraz BHP (OSHA).

To, co zapewnia Ci bezpieczeństwo, to współpraca między producentami a tymi różnymi agencjami. Zapewnia to, że urządzenie podłączone do napięcia sieciowego może być bezpiecznie używane zgodnie z przeznaczeniem.

Gdzie kończy się to bezpieczne użytkowanie: Gdy zaczniesz pracować z zasilaniem sieciowym, np. Jesteś inżynierem opracowującym zasilacz impulsowy off-line, TY jesteś własną agencją bezpieczeństwa. Musisz być ostrożny i przestrzegać podstawowych środków ostrożności.

Co jeszcze zapewnia bezpieczeństwo: Edukacja. Na wczesnym etapie życia mówi się, aby się z tym nie bałagać. Brak wtykania widelców lub palców w gniazdach, oprawach lamp lub tosterach. Tego uczy większość dzieci w młodym wieku. Chociaż niektórzy z nas byli nieco bardziej ciekawi i zignorowali te nauki. Bolało, ale poprowadziło nas fantastyczną ścieżką do zainteresowania się naukami.

Przerywacze obwodu ziemnozwarciowego są zwykle używane tylko w obwodach, do których podłączone będą urządzenia mokre. Wszelkie gniazdka w pobliżu zlewu, takie jak łazienka lub kuchnia, będą miały GFCI. Również gniazda znajdujące się na zewnątrz domu powinny być chronione przez GFCI. Ale NIE zakładaj tego. Mandat dla GFCI jest nowy i wiele starych domów nie musiało lub nie zadawało sobie trudu modernizacji.

Działają po prostu przez pomiar prądu obu nóg. Prąd jest zawsze równy na obu nogach, chyba że w jakiś sposób wydostaje się z urządzenia. GFCI wykrywa niewyważenie i otwiera wyłącznik automatyczny.

Użytkownicy zszokowani wtyczkami: NEMA 5-15 w amerykańskim stylu Wtyczki są ogólnie wystarczająco bezpieczne, ponieważ zęby nie mają bezpośredniego kontaktu z kontaktami wewnętrznymi. W tym momencie szczelina jest zwykle zbyt mała, aby palce zmieściły się między powierzchnią wtyczki a zębami. Ponadto, jeśli zauważysz, że czoło wtyczki jest dość duże, co zwiększa odległość między krawędzią czoła a zębami.

Jeśli twoje palce przebiją się zarówno przez gorący, jak i neutralny, będziesz zszokowany. W rzeczywistości masz dwie ścieżki dla prądu, od gorącej do neutralnej i od gorącej do ziemi. Ile to boli? Zależy. Jesteś mokry czy spocony? wtedy może to bardzo zaszkodzi, a nawet cię zabije. Sucha skóra? Może to być szybkie buczenie.

Inne myśli: 120 V, a nawet 240 V, nie jest tak wysokie, jeśli się nad tym zastanowić. Moc przekazywana jest na pół miliona woltów na wieże lub więcej. Jest lokalnie dystrybuowany na biegunach 2,4-28,8 kV, a czasami może wynosić nawet 69 kV. Te napięcia sieciowe stanowią kompromis między wygodą a bezpieczeństwem. W dużych systemach komercyjnych i przemysłowych powszechne są systemy trójfazowe 277 / 480V. W Kanadzie powszechne były systemy trójfazowe 600 V (zwane również systemami 550 V lub 575 V, nieco się różniły). Te wyższe napięcia miały na celu zepchnięcie większej mocy na przewód tego samego rozmiaru.

Pamiętaj, że w wielu (a może większości) przypadkach, gdy ktoś wchodzi w kontakt z prądem domowym, nie jest on uziemiony w inny sposób. Prąd od palca do palca tej samej dłoni jest nieprzyjemny i szkodliwy, jeśli jest kontynuowany (patrz filmy z gotowania kiełbas w ten sposób), ale nie jest śmiertelny. Poważnie niebezpieczne sytuacje dotyczą rąk do rąk lub rąk do stóp, gdzie prąd przepływa przez serce i może zakłócać jego synchronizację.

Kręcąc się za biurkiem lub czymś innym, mało prawdopodobne jest, aby jedną ręką dotknąć każdego z bolców wtyczki. Tak więc dużym ryzykiem jest znalezienie drugiego gruntu gdzieś z drugiej ręki - hydraulika, uziemiony grzejnik, coś z metalową obudową podłączoną do uziemienia bezpieczeństwa. Z pewnością możliwe, ale pozornie dość rzadkie, biorąc pod uwagę statystyki.

Jest wiele rzeczy, które nie są optymalne, ale akceptujemy je, ponieważ ich przeprojektowanie stanowiłoby więcej problemów niż chcemy zainwestować. To wydaje się być jednym z nich. Biorąc pod uwagę ogromną bazę instalacyjną, łatwiej jest zainstalować GFCI niż próbować wymienić kilka miliardów gniazdek i wtyczek, aby je dopasować.

(Re napięcie dotykowe: mój dziadek donosi, że kiedy przeprowadzał naprawę windy, jednym z jego partnerów był kompletny maniak, który sprawdzał napięcie w obwodzie, bezpiecznie odsuwając jedną rękę od dłoni, oblizując dwie palce drugą ręką. i szybko przesuwając je po zaciskach. Teoria polegała na tym, że ten ruchomy kontakt zapobiegał ryzyku zablokowania, które może się zdarzyć, gdy mięśnie kurczą się w dłoni, która chwyta żywy przewodnik, i utrzymywał kontakt na tyle krótki, aby nie spowodować znacznego uszkodzenia tkanki. podejście, ale pokazuje to punkt, który przedstawiłem powyżej: jeśli nie masz prądu przez centralny rdzeń ciała, a napięcie nie jest wyższe w zakresie kilowoltów, krótkie spotkanie prawdopodobnie cię nie zabije. Prawdopodobnie. NIE próbuj to w domu, dzieci!)

Nie zakładaj, że napięcie 120 V jest „bezpieczniejsze” niż 240 V. Oboje mogą zabić! I przy tych napięciach pobiera bardzo mało prądu (tj. 1/10 ampera wystarcza do porażenia prądem). Wyłączniki i bezpieczniki mają na celu zapobieganie przeciążeniu obwodów, co może spowodować pożar. Dlatego wyłączniki lub gniazda GFCI (przerywacz obwodu ziemnozwarciowego) są stosowane w niektórych obszarach, takich jak kuchnie, łazienki, garaże i baseny / sauny, gdzie istnieje możliwość, że podłączone urządzenie może wpaść do wody. Mają dodatkową funkcję, która pomaga chronić ludzi przed porażeniem elektrycznym. Przy prawidłowej instalacji wyzwalają (otwierają) obwód, jeśli zostaną wykryte prądy błądzące przekraczające 5 mA (1/200 A). Jeśli chodzi o wtyczki, nigdy nie dotykaj metalowych (przewodzących prąd) części podczas ich podłączania lub wyjmowania.

Napięcia zasilania są kompromisem. Wyższe napięcia oznaczają większe niebezpieczeństwo porażenia, a zdolność elektryczności do „skakania” dalej, ale niższe napięcia oznaczają wyższe prądy, co oznacza większe straty i większe niebezpieczeństwo pożaru.

Prawie cały świat wybrał napięcia sieciowe od 100 V do 240 V. Napięcia te są wystarczająco wysokie, aby utrzymać straty i ryzyko pożaru pod kontrolą, a jednocześnie na tyle niskie, aby nie przeskoczyć zbyt daleko i aby wiele ofiar szoku przeżyło (chociaż nie jest to żadna restauracja, NIE NALEŻY PODAWAĆ STRZAŁÓW OD GŁÓWNYCH)

Wtyczki i gniazda są zaprojektowane tak, aby zmniejszyć ryzyko dotknięcia szpilek, gdy są pod napięciem. Kraje o napięciu ~ 230 V w pierwszym świecie mają tendencję do osiągania większych długości w porównaniu z krajami ~ 115 V lub krajami słabiej rozwiniętymi.

Wątpię, czy istnieją wiarygodne statystyki dotyczące prawdopodobieństwa śmierci w wyniku porażenia prądem z sieci, ponieważ jestem pewien, że ogromna większość ludzi, którzy przeżyli takie wstrząsy, nie formalnie ich zgłasza, ale anegdotycznie większość elektryków, z którymi rozmawiam, aby wskazać, że mieli przynajmniej jeden wstrząs z sieci w ich karierze, podczas gdy liczba zgonów w wyniku porażenia prądem w Wielkiej Brytanii (gdzie mieszkam) jest na poziomie kilku osób rocznie.

Nie zapominajmy, że alternatywy dla elektryczności, takie jak świece i oświetlenie gazowe, również nie są pozbawione ryzyka.