Что делает сетевое напряжение безопасным в домах?

Когда я начал изучать электротехнику, одним из наиболее важных правил безопасности, которые я узнал, было то, что напряжение свыше 36 В может быть опасным. Как сказал мой преподаватель микросхемы, 120 В переменного тока будет жалить, а 240 В переменного тока серьезно повредит.

Теперь, когда я знаю больше об этих напряжениях и их опасностях, я озадачен электричеством и безопасностью. Я часто вижу, как люди (не) подключают кабели питания к розеткам, которые находятся за столом или диваном, не имея четкого представления о том, к чему они прикасаются - иногда двумя руками, чтобы получить лучшее сцепление с дорогой, что определенно нет-нет в моих электрических лабораториях в школе. Насколько опасен, например, риск касания пальцем как горячей, так и нейтральной линии? Действительно ли автоматические выключатели в доме защищают от этого, или 120/240 В переменного тока не так опасны, как я думаю?

Автоматических выключателей недостаточно для защиты жизни. Автоматические выключатели предназначены для предотвращения расплавления кабеля в стенах вашего дома и возможного возгорания. Автоматические выключатели и предохранители выполняют функцию прекращения пожара (что, конечно, также очень опасно для жизни).

Для прямого контакта с частью переменного тока, находящейся под напряжением, в Великобритании у нас есть устройства защитного отключения (УЗО) - они «отключают» питание, если ток, снимаемый одним из проводов переменного тока, отличается от тока, подаваемого на другой, на ~ 20 мА:

_{(источник: diyhowto.co.uk )}

Очевидно, что предохранитель не будет полезен, потому что нормальный ток устройств, подключенных к сети переменного тока, будет десятки или более ампер. Таким образом, если у вас есть устройство, потребляющее 10 ампер, и вы дотронулись до одного из проводников переменного тока, вы бы потребляли ток заземления, возможно, 20 мА, и это «нарушило бы» УЗО и отключило бы питание.

Что касается одновременного касания обоих терминалов, то должен быть предусмотрен другой сценарий. Я говорю о системах электропитания переменного тока, в которых один проводник (иногда называемый нейтральным) является «заземленным», то есть он может иметь напряжение всего пару вольт на землю - если вы дотронулись только до этого провода, маловероятно, что он отключит УЗО. НО, кого это волнует - это всего лишь пара вольт в лучшем случае на вашем теле, и вряд ли какой-либо ток будет течь. Если вместо этого вы дотронулись до обоих проводов переменного тока (под напряжением и нейтралью), то будет получен ток заземления, взятый из под напряжением, который все еще значительно больше, чем ток заземления от нейтрали и отключений УЗО.

Сказав все это ~ 20 мА, он все равно будет жалить, даже если это всего лишь на 100 миллисекунд. Будет ли это смертельным - возможно, для людей с сердечными жалобами, но будут ли эти люди рыться под столом, чтобы вслепую вставить разъем в розетку?

Для систем переменного тока, которые «изолированы» от земли, прикосновение к любому одному проводу будет едва заметным, но прикосновение к обоим не вызовет срабатывания УЗО, и вы подвергнетесь серьезной опасности - ток будет проходить непосредственно через корпус и от проводника к проводник. К счастью, такого рода установки не очень распространены, но, безусловно, не неслыханны. Потеря нейтрально-земной связи может вызвать эту проблему.

В некоторых частях Европы (я знаю Германию и Францию), разъемы сделаны таким образом, чтобы защитить вас от случайного прикосновения к сети, даже если вы сильно стараетесь, работая с разъемом:

(изображение из Викисклада и общественного достояния)

Эта конкретная розетка используется в Германии. Во Франции есть немного другой формат (который не совместим с вилкой, показанной на рисунке, но с другой, аналогичной формой вилок), где земля находится не по бокам (помечена цифрой «2»), а как толстый штифт. выходит из розетки.

Поскольку розетка встроена, при подключении или отключении невозможно прикоснуться к горячим контактам. Единственные металлические части, которые являются сенсорными, имеют потенциал заземления и соединяются до того, как соединяются горячие провода.

Единственный способ получить удар с помощью Schuko - это вставить что-то проводящее в одно из отверстий. Чтобы защитить маленьких детей от этого, имеются защитные вкладки (и удлинители часто поставляются со встроенной защитой).

Кроме того, используются УЗО, описанные @Andy aka .

Как отмечает @venny, тонкие двухконтактные штекеры ( Europlugs ) имеют металл только на дальнем конце штырьков.

Что делает его безопасным в домах, на предприятиях и в школах: ничто не обеспечивает безопасность электроснабжения, кроме строгих правил проектирования, установленных различными национальными и международными стандартами. В Соединенных Штатах NEC или Национальный электрический кодекс предписывают, как дома должны быть подключены и какие устройства разрешены и не разрешены для использования. Он управляет такими вещами, как, например, как следует прокладывать проводку, как она должна поддерживаться, заканчиваться, закрываться, какие типы проводов разрешены для сценария и т. Д.

Для электрического устройства, которое может быть чем угодно, от коробки розеток (коробки, в которой установлена ​​розетка) на стене, до такого устройства, как телевизор, должно соответствовать различным стандартам. Эти стандарты были разработаны и поддерживаются различными частными и государственными учреждениями, многие из которых являются международными, такими как МЭК. Примером в США могут служить Лаборатории андеррайтеров (UL) и Управление по безопасности и гигиене труда (OSHA).

То, что держит вас в безопасности, это сотрудничество между производителями и этими различными агентствами. Это гарантирует, что прибор, подключенный к сетевому напряжению, безопасен для использования по назначению.

Где заканчивается это безопасное использование: Как только вы начинаете работать с сетевым питанием, например, вы инженер, разрабатывающий автономный импульсный источник питания, тогда вы сами являетесь агентством по безопасности. Вы должны быть осторожны и соблюдать основные меры предосторожности.

Что еще делает это безопасным: образование. В начале жизни вам говорят не связываться с этим. Не допускайте прилипания вилок или пальцев к розеткам, цоколям ламп или тостерам. Этому учат большинство детей в раннем возрасте. Хотя некоторые из нас были немного более любопытны и игнорировали эти учения. Это больно, но привело нас по фантастическому пути к тому, чтобы заинтересоваться изучением его сути.

Прерыватели замыкания на землю, как правило, используются только для цепей, к которым будут подключены приборы в местах с повышенной влажностью. Любые выходы возле раковины, например, в ванной или на кухне, будут иметь GFCI. Также торговые точки, расположенные снаружи дома, должны быть защищены GFCI. Но НЕ ПРИНИМАЙТЕ этого. Мандат на GFCI недавно и многие старые дома не пришлось или не удосужились обновить.

Они работают просто путем измерения тока обеих ног. Ток всегда одинаков на обеих ножках, если только он не выходит из устройства. GFCI обнаруживает дисбаланс и размыкает автоматический выключатель.

Для пользователей, которых шокируют штепсельные вилки: вилки NEMA 5-15 в американском стиле, как правило, достаточно безопасны, так как штыри не вступают в непосредственный контакт с внутренними контактами. В этот момент зазор обычно слишком мал, чтобы пальцы могли поместиться между поверхностью вилки и зубцами. Кроме того, если вы заметите, что поверхность штекера довольно большая, что увеличивает расстояние между краем поверхности и зубцами.

Если ваши пальцы должны были пройти как по горячему, так и по нейтральному, то вы шокированы. На самом деле у вас есть два пути тока: горячий к нейтральному и горячий к земле. Насколько это больно? Зависит. Вы мокрые или потные? тогда, возможно, это сильно повредит или даже убьет вас. Сухая кожа? Это может быть быстрое жужжание.

Другие мысли: 120 В или даже 240 В не так высоки, когда вы думаете об этом. Мощность передается на полмиллиона вольт на вышках и более. Он локально распределяется при напряжении 2,4-28,8 кВ на полюсах и иногда может достигать 69 кВ. Эти сетевые напряжения являются компромиссом между удобством и безопасностью. В крупных коммерческих и промышленных системах широко распространены трехфазные системы 277/480 В. В Канаде было обычным делом увидеть трехфазные системы на 600 В (также называемые системами на 550 В или 575 В, они немного отличались). Эти более высокие напряжения были предназначены для проталкивания большей мощности по проводнику того же размера.

Помните, что во многих (может быть, в большинстве) случаях, когда кто-то входит в контакт с током дома, он не обоснован. Ток между пальцами одной и той же руки неприятен и может повредить, если он будет продолжаться (см. Видео о приготовлении колбас), но не смертельно. Серьезно опасные ситуации - это из рук в руки или из рук в руки, когда ток проходит через сердце и может нарушить его синхронизацию.

Возиться за столом или чем-то еще, вряд ли одна рука попадет на каждый из штырей вилки. Таким образом, большой риск - найти другое заземление где-нибудь с секундной стрелкой - сантехника, заземленный радиатор, что-то с металлическим корпусом, соединенным с безопасным заземлением. Конечно, возможно, но, видимо, довольно редко, учитывая статистику.

Есть много вещей, которые неоптимальны, но которые мы принимаем, потому что перепроектировать их было бы больше проблем, чем мы хотим инвестировать. Кажется, это один из них. Учитывая огромную базу для установки, проще установить GFCI, чем пытаться заменить несколько миллиардов розеток и вилок в соответствии с ними.

(Напряжение на ощупь: мой дедушка сообщает, что когда он занимался ремонтом лифта, один из его партнеров был абсолютным маньяком, который проверял напряжение в цепи, безопасно убирая одну руку с дороги, облизывая два пальца другой руки и быстро проводил их по клеммам. Теория заключалась в том, что этот движущийся контакт предотвращал риск блокировки, который может возникнуть, когда мышцы сжимаются в руке, которая захватывает живой проводник, и удерживал контакт достаточно коротким, чтобы не повредить ткань. подход, но он демонстрирует то, что я сделал выше: если у вас нет тока через центральное ядро ​​корпуса, а напряжение не находится в диапазоне киловольт, короткое столкновение, вероятно, не убьет вас. Вероятно. НЕ пытайтесь это дома, дети!)

Не думайте, что 120 В "безопаснее", чем 240 В. Оба могут убить! И он потребляет очень мало тока при этих напряжениях (то есть 1/10 ампер достаточно для поражения электрическим током). Автоматические выключатели и предохранители предназначены для предотвращения перегрузки цепей, что может привести к пожару. Вот почему прерыватели или розетки GFCI (прерыватели замыкания на землю) используются в определенных областях, таких как кухни, ванные комнаты, гаражи и бассейны / сауны, где существует вероятность того, что подключенное устройство может упасть в воду. У них есть дополнительная функция, чтобы помочь защитить людей от поражения электрическим током. При правильной установке они отключат (разомкнут) цепь, если обнаружены паразитные токи, превышающие 5 мА (1/200 А). Что касается вилок, никогда не прикасайтесь к металлическим (электропроводящим) деталям при их подключении или удалении.

Напряжения питания являются компромиссом. Более высокие напряжения означают большую опасность удара током и способность электричества «прыгать» дальше, но более низкие напряжения означают более высокие токи, что означает более высокие потери и большую опасность возгорания.

Практически весь мир выбрал сетевое напряжение от 100 до 240 В. Эти напряжения достаточно высоки, чтобы держать под контролем потери и риск возникновения пожара, в то время как они достаточно низки, чтобы не прыгать слишком далеко и выжить многим жертвам шока (хотя это ни в коем случае не гарантируется, НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ УДАРНЫЕ ШОКИ ИЗ СЕТИ)

Вилки и розетки предназначены для снижения риска прикосновения к контактам, пока они находятся под напряжением. Страны с напряжением ~ 230 В в первом мире, как правило, идут на большее, чем страны с напряжением ~ 115 В или менее развитые страны.

Я сомневаюсь, что существуют какие-либо достоверные статистические данные о вероятности смерти от поражения электрическим током от электросети, потому что я уверен, что подавляющее большинство людей, переживших такие удары, официально не сообщают о них, но, как правило, большинство электриков, о которых я говорю, указывают, что они имели по крайней мере, один шок от сети в их карьере, в то время как смертельные случаи от удара током находятся на уровне горстки в год в Великобритании (где я живу).

Давайте не будем забывать, что альтернативы электричеству, такие как свечи и газовое освещение, тоже не без риска.