Дизайн безпечного кола Електрична безпека Підручник з електроніки
Глава 3 - Електрична безпека
Як ми вже бачили раніше, енергосистема без надійного з'єднання із землею непередбачувана з точки зору безпеки. Неможливо гарантувати, скільки або як мало напруги буде існувати між будь-якою точкою кола і землею.
Заземлюючи одну сторону джерела напруги енергосистеми, можна гарантувати, що принаймні одна точка в ланцюзі є електрично спільною із землею і, отже, не представляє загрози удару. У простій двопровідній електромережі провідник, підключений до землі, називається нейтральним, а інший провідник - гарячим, також відомим як живий або активний:
Що стосується джерела напруги та навантаження, заземлення не має ніякої різниці. Він існує виключно заради особистої безпеки, гарантуючи, що принаймні одна точка в ланцюзі буде безпечною для дотику (нульова напруга на землю).
«Гаряча» сторона ланцюга, названа за потенційну небезпеку удару, буде небезпечною для дотику, якщо напруга не забезпечена належним відключенням від джерела (в ідеалі, за допомогою систематичної процедури блокування/відключення).
Цей дисбаланс небезпеки між двома провідниками в простому ланцюзі живлення важливий для розуміння. Наступна серія ілюстрацій базується на звичайних побутових електропроводках (для простоти використовують джерела постійної напруги, а не змінного струму).
Якщо ми подивимось на простий побутовий електричний прилад, такий як тостер із струмопровідним металевим корпусом, ми побачимо, що при правильній роботі він не повинен мати небезпеки удару. Провід, що проводить живлення до нагрівальних елементів тостера, ізольований від торкання металевого корпусу (і один одного) гумою або пластиком.
Однак, якщо один з проводів всередині тостера випадково зіткнеться з металевим корпусом, корпус стане електрично загальним для дроту, і торкання корпусу буде настільки ж небезпечним, як і торкання оголеного дроту. Чи представляє це небезпеку удару чи ні, залежить від того, який дріт випадково торкається:
Якщо “гарячий” провід торкається корпусу, це загрожує користувачу тостера. З іншого боку, якщо нейтральний провід торкається корпусу, небезпеки удару немає:
Щоб гарантувати, що перший збій є менш імовірним, ніж другий, інженери намагаються сконструювати прилади таким чином, щоб мінімізувати контакт гарячого провідника з корпусом.
В ідеалі, звичайно, ви не хочете, щоб будь-який провід випадково контактував із струмопровідним корпусом приладу, але зазвичай є способи спроектувати компонування деталей, щоб випадковий контакт був менш вірогідним для одного проводу, ніж для іншого.
Однак цей запобіжний захід ефективний лише в тому випадку, якщо може бути гарантована полярність штекера. Якщо штекер можна змінити, тоді провідник, з більшою ймовірністю контактує з корпусом, цілком може бути «гарячим»:
Прилади, сконструйовані таким чином, зазвичай постачаються з «поляризованими» штекерами, при цьому один штифт штекера трохи вужчий за інший. Розетки також розроблені таким чином, один слот є вужчим за інший.
Отже, вилку не можна вставляти «назад», і ідентичність провідника всередині приладу можна гарантувати. Пам’ятайте, що це ніяк не впливає на основну функцію приладу: це суворо заради безпеки користувача.
Деякі інженери вирішують питання безпеки, просто роблячи зовнішній корпус приладу непровідним. Такі прилади називаються подвійною ізоляцією, оскільки ізоляційний корпус служить другим шаром ізоляції, що перевищує таку, яку мають самі провідники. Якщо дріт всередині приладу випадково стикається з корпусом, користувач приладу не представляє небезпеки.
Інші інженери вирішують проблему безпеки, підтримуючи струмопровідний корпус, але використовуючи третій провідник, щоб надійно з’єднати цей корпус із землею:
Третій зубець на шнурі живлення забезпечує пряме електричне підключення від корпусу приладу до заземлення, роблячи дві точки електрично спільними між собою. Якщо вони електрично поширені, то між ними не може бути напруги.