Cosa rende sicura la tensione di rete nelle case?

Quando ho iniziato a studiare ingegneria elettrica, una delle linee guida di sicurezza più importanti che ho appreso era che tensioni superiori a 36 V possono essere pericolose. Come ha affermato il mio professore di circuiti, 120 V CA pungeranno e 240 V CA danneggeranno seriamente.

Ora che ne so di più su queste tensioni e sui loro pericoli, sono confuso sull'elettricità di rete e su quanto sia sicura. Vedo spesso persone (dis) collegare i cavi di alimentazione a prese che si trovano dietro una scrivania o un divano senza una chiara visione di ciò che stanno toccando - a volte con due mani per ottenere una presa migliore, un preciso no-no nei miei laboratori elettrici a scuola. Quanto è pericoloso, ad esempio, toccare un dito su entrambe le linee calda e neutra? Gli interruttori automatici in una casa sono davvero in guardia contro questo, o 120/240 V CA non è così pericoloso come penso?

Gli interruttori automatici non sono sufficienti per proteggere la vita. Gli interruttori automatici sono lì per fermare il cavo nelle pareti della casa che si scioglie e potrebbe prendere fuoco - interruttori e fusibili svolgono la funzione di fermare un incendio (che ovviamente è anche molto pericoloso per la vita).

Per il contatto diretto con una parte CA in tensione, nel Regno Unito abbiamo dispositivi a corrente residua (RCD): questi "fanno scattare" l'alimentazione se la corrente assorbita da uno dei cavi CA è diversa dalla corrente nell'altra di ~ 20 mA:

_{(fonte: diyhowto.co.uk )}

Chiaramente un fusibile non sarebbe utile perché la corrente normale dei dispositivi collegati all'AC sarà di dieci o più amplificatori. Quindi, se si dispone di un apparecchio che impiega 10 ampere e si tocca uno dei conduttori CA, si assorbirebbe una corrente di terra di forse 20 mA e questo "sbilancerebbe" l'RCD e farà scattare l'alimentazione.

Per quanto riguarda il contatto simultaneo di entrambi i terminali, è necessario prevedere uno scenario diverso. Sto parlando di sistemi di alimentazione CA in cui un conduttore (a volte chiamato neutro) è "terroso", cioè potrebbe avere una tensione di solo un paio di volt a terra - se hai toccato solo questo filo, è molto improbabile far scattare l'RCD MA chi se ne frega - sono solo un paio di volt che attraversano il tuo corpo nel migliore dei modi e quasi nessuna corrente scorrerà. Se invece hai toccato entrambi i cavi CA (sotto tensione e neutro) allora ci sarà una corrente di terra presa dal vivo che è ancora significativamente maggiore della corrente di terra dal neutro e dall'interruttore differenziale.

Detto questo, tutto questo ~ 20mA continuerà a pungere anche se è solo per meno di 100 millisecondi. Sarà letale - forse per le persone con disturbi cardiaci, ma quelle persone frugeranno sotto una scrivania per spingere ciecamente un connettore in una presa?

Per i sistemi a corrente alternata "isolati" dalla terra, il contatto con un solo filo sarà appena percettibile, ma il contatto con entrambi non farà scattare un interruttore differenziale e si sarà in grave pericolo: il flusso di corrente sarà direttamente attraverso il corpo e dal conduttore al conduttore. Fortunatamente questo tipo di installazioni non sono molto comuni ma di certo non inaudite. Perdere il legame di terra neutra può causare questo problema.

In alcune parti d'Europa (conosco Germania e Francia), i connettori sono realizzati in modo da proteggerti dal contatto accidentale con la rete, anche se ci provi molto, mentre lavori con il connettore:

(l'immagine proviene da Wikimedia e dominio pubblico)

Questo particolare socket è in uso in Germania. La Francia ha un formato leggermente diverso (che non è compatibile con la spina mostrata nell'immagine, ma con un'altra forma simile di spine) in cui la terra non è sui lati (etichettata "2" nell'immagine) ma come un perno spesso emergendo dal socket.

Poiché la presa è incorporata, non è possibile toccare i piedini mentre si collega o si scollega. Le uniche parti metalliche che sono toccabili sono sul potenziale di terra e si collegano prima del collegamento dei fili caldi.

L'unico modo per essere scioccati da uno Schuko è infilare qualcosa che conduce in uno dei buchi. Per proteggere i più piccoli da ciò, sono disponibili degli inserti di sicurezza (e le prese multiple spesso sono dotate di una protezione integrata).

Inoltre, vengono utilizzati anche gli RCD descritti da @Andy aka .

Come commenta @venny, le spine sottili a due pin ( Europlugs ) hanno metallo solo sull'estremità più lontana dei pin.

Ciò che lo rende sicuro nelle case, nelle aziende e nelle scuole: niente rende l'alimentazione di rete sicura se non le rigide linee guida di progettazione applicate da vari standard nazionali e internazionali. Negli Stati Uniti, il NEC o il National Electric Code impone come cablare le case e quali dispositivi sono consentiti e non possono essere utilizzati. Regola cose come il cablaggio da eseguire, il modo in cui deve essere supportato, terminato, chiuso, quali tipi di cavi sono consentiti per uno scenario, ecc.

Per un dispositivo elettrico, che può essere qualsiasi cosa, dalla scatola della presa (scatola che monta una presa) nella tua parete a un apparecchio come un televisore, deve essere conforme a vari standard. Questi standard sono stati sviluppati e mantenuti da varie agenzie private e governative, molte delle quali sono internazionali come IEC. Un esempio negli Stati Uniti sarebbe Underwriters (UL) Laboratories e Occupational Safety and Health Administration (OSHA).

Ciò che ti tiene al sicuro è la cooperazione tra i produttori e queste varie agenzie. Ciò garantisce che un apparecchio collegato alla tensione di rete sia sicuro da utilizzare nel ruolo previsto.

Dove finisce quell'uso sicuro: una volta che inizi a lavorare con l'alimentazione di rete, ad esempio sei un ingegnere che sviluppa un alimentatore a commutazione off-line, allora TU sei la tua agenzia di sicurezza. Devi stare attento e seguire le precauzioni di base.

Cos'altro lo rende sicuro: l' istruzione. All'inizio della vita ti viene detto di non scherzare con esso. Forchette o dita non attaccate all'interno di prese, portalampade o tostapane. Questo è insegnato alla maggior parte dei bambini in tenera età. Tuttavia, alcuni di noi erano un po 'più curiosi e ignorarono quegli insegnamenti. Ci ha fatto male, ma ci ha portato lungo un percorso fantastico per interessarci ad apprenderne i dettagli.

Gli interruttori di circuito per guasti a terra sono generalmente utilizzati solo per circuiti che dispongono di apparecchi collegati a posizioni umide. Tutti i punti vendita nei pressi di un lavandino come in un bagno o in cucina avranno GFCI. Anche i punti vendita situati all'esterno di una casa devono essere protetti GFCI. Ma NON ASSUMARLO. Il mandato per GFCI è recente e molte vecchie case non hanno dovuto o non si sono preoccupate di aggiornare.

Funzionano semplicemente misurando la corrente di entrambe le gambe. La corrente è sempre uguale su entrambe le gambe a meno che non sia in qualche modo fuoriuscente dall'apparecchio. Il GFCI rileva lo squilibrio e apre un interruttore.

Per gli utenti che restano scioccati dalle spine: le spine NEMA 5-15 in stile americano sono generalmente abbastanza sicure poiché i poli non entrano immediatamente in contatto con i contatti interni. A quel punto lo spazio è normalmente troppo piccolo perché le dita si incastrino tra la faccia della spina e i poli. Inoltre, se noti che la faccia della spina è piuttosto grande, il che aumenta la distanza tra il bordo della faccia e le punte.

Se le tue dita attraversassero il caldo e il neutro, allora rimarrai scioccato. In effetti avresti due percorsi per corrente, caldo a neutro e caldo a terra. Quanto fa male? Dipende. Sei bagnato o sudato? allora forse ti farà molto male o addirittura ti ucciderà. Pelle secca? Potrebbe essere una puntura che ronza rapidamente.

Altri pensieri: 120 V o anche 240 V non è così alto quando ci pensi. La potenza viene trasmessa a mezzo milione di volt su torri o più. È distribuito localmente a 2,4-28,8 kV su pali e talvolta può arrivare a 69 kV. Tali tensioni di rete sono un compromesso tra praticità e sicurezza. Nei grandi sistemi commerciali e industriali, i sistemi trifase 277 / 480V sono comuni. In Canada era comune vedere sistemi trifase a 600 V (chiamati anche sistemi a 550 V o 575 V, variava un po '). Quelle tensioni più elevate servivano a spingere più potenza verso il basso un conduttore della stessa dimensione.

Ricorda che in molti (forse la maggior parte) casi, quando qualcuno entra in contatto con la corrente domestica, non viene altrimenti messo a terra. La corrente da dito a dito nella stessa mano è spiacevole e dannosa se continua (vedi video sulla cottura delle salsicce in questo modo), ma non letale. Le situazioni molto pericolose sono corpo a corpo, o corpo a corpo, in cui la corrente attraversa il cuore e può interrompere i suoi tempi.

Giocherellare dietro una scrivania o qualsiasi cosa difficilmente possa mettere una mano su ciascuno dei poli della spina. Quindi il grande rischio che c'è di trovare un altro punto da qualche parte con la lancetta dei secondi - un impianto idraulico, un radiatore collegato a terra, qualcosa con una custodia di metallo collegata a una terra di sicurezza. Certamente possibile ma apparentemente abbastanza insolito date le statistiche.

Ci sono molte cose che non sono ottimali ma che accettiamo perché riprogettarle sarebbe più un problema che non vogliamo investire. Questo sembra essere uno di questi. Data l'enorme base di installazione, è più facile installare GFCI piuttosto che provare a sostituire qualche miliardo di prese e le spine per abbinarle.

(Per quanto riguarda la tensione al tocco: mio nonno riferisce che quando stava facendo la riparazione dell'ascensore uno dei suoi partner era un maniaco assoluto che era solito controllare la tensione di un circuito mettendo una mano fuori strada, leccando due dita sull'altra mano e scorrendoli rapidamente attraverso i terminali. La teoria era che questo contatto in movimento impediva il rischio di blocco che può verificarsi quando i muscoli si contraggono in una mano che attanaglia un conduttore in tensione e mantiene il contatto abbastanza corto da non danneggiare significativamente il tessuto. approccio, ma dimostra il punto che ho sottolineato sopra: se non hai corrente attraverso il nucleo centrale del corpo e la tensione non è nel range di kilovolt, probabilmente un breve incontro non ti ucciderà. Probabilmente. NON provare questo a casa, ragazzi!)

Non dare per scontato che 120 V sia "più sicuro" di 240 V. Entrambi possono uccidere! E ci vuole pochissima corrente a queste tensioni (cioè 1/10 di amp è sufficiente per fulminare). Interruttori e fusibili sono lì per evitare che i circuiti si sovraccarichino, il che può causare incendi. Questo è il motivo per cui gli interruttori o le prese GFCI (interruttori di circuito di guasto a terra) sono utilizzati in alcune aree come le cucine, il bagno, il garage e le aree piscina / sauna dove esiste la possibilità che un apparecchio collegato possa cadere nell'acqua. Hanno una funzione aggiunta per aiutare a proteggere le persone dalle scosse elettriche. Se installati correttamente, faranno scattare (aprono) il circuito se vengono rilevate correnti vaganti superiori a 5 mA (1 / 200A). Per quanto riguarda le spine, non maneggiare mai le parti metalliche (elettricamente conduttive) durante il collegamento o la rimozione.

Le tensioni di alimentazione sono un compromesso. Tensioni più elevate significano più pericolo di scossa e la capacità dell'elettricità di "saltare" ulteriormente, ma tensioni più basse significano correnti più elevate, il che significa maggiori perdite e più pericolo di incendio.

Praticamente tutto il mondo ha scelto tensioni di rete comprese tra 100 V e 240 V. Queste tensioni sono abbastanza elevate da tenere sotto controllo le perdite e il rischio di incendio mentre sono abbastanza basse da non saltare molto lontano e per far sopravvivere molte vittime di shock (anche se non è affatto garantito, NON ANDARE A DARE A TE STESSI SCOSSE ALLE MAIN)

Spine e prese sono progettate per ridurre il rischio di toccare i pin mentre sono in tensione. I paesi a ~ 230 V nel primo mondo tendono a fare di più in questo senso rispetto ai paesi a ~ 115 V o ai paesi meno sviluppati.

Dubito che ci siano statistiche affidabili per la probabilità di morte per folgorazione al di fuori della rete elettrica perché sono sicuro che la stragrande maggioranza delle persone sopravvissute a tali shock non le segnalano formalmente ma aneddoticamente la maggior parte degli elettristi con cui parlo per indicare che hanno avuto almeno una scossa al di fuori della rete nella loro carriera, mentre i decessi per scossa elettrica sono ad un livello di una manciata all'anno nel Regno Unito (dove vivo).

Non dimentichiamo che anche le alternative all'elettricità come candele e illuminazione a gas non sono esenti da rischi.