Wenn wir versuchen, die Stromprobleme um uns herum zu analysieren, ist es nützlich, die Anschlüsse für die Hausverkabelung zu erlernen.
In den Vereinigten Staaten werden die meisten Haushalts Beleuchtungen und -geräte mit einphasigem Wechselstrom von 120 V und 60 Hz betrieben. (Die Stromversorgung kann je nach Standort auch mit 110, 115 oder 117 V erfolgen).
Haus Verkabelungsplan
Das örtliche Energieversorgungsunternehmen versorgt das Haus mit einem Dreileiter-Wechselstromsystem. Typischerweise wird, wie unten gezeigt, die Netzspannung von beispielsweise 12.000 V mit einem Transformator auf 120/240 V heruntertransformiert.
Die obige Abbildung zeigt ein 120/240-Haushaltsstrom-System.
Die drei vom Transformator kommenden Drähte sind typischerweise rot (heiß), schwarz (heiß) und weiß (neutral). Wie im nachstehenden Anschlussbeispiel für Privathaushalte dargestellt, sind die beiden 120-V-Spannungen gegenphasig und addieren sich daher zu Null.
Die obige Abbildung zeigt eine einphasige dreiadrige Verkabelung für Privathaushalte
Das heißt VW = 0∠0o, VB = 120∠0o, VR = 120∠180o = −VB.
Da die meisten Geräte für den Betrieb mit 120 V ausgelegt sind, werden Beleuchtung und Geräte an die 120-V-Leitungen angeschlossen, wie im folgenden Hausschaltplan für einen Raum dargestellt.
Die Abbildung oben ist ein typischer Schaltplan eines Raumes.
Beachten Sie in der obigen Abbildung des 120/240-Haushaltsstromsystems, dass alle Geräte parallel geschaltet sind. An das 240-V-Stromnetz werden schwere Geräte angeschlossen, die viel Strom verbrauchen, etwa Klimaanlagen, Geschirrspüler, Backöfen und Waschmaschinen.
Aufgrund der Gefahren von Elektrizität wird die Verkabelung in Wohngebieten sorgfältig durch einen Code geregelt, der in örtlichen Verordnungen und im National Electrical Code (NEC) festgelegt ist.
Um Probleme zu vermeiden, werden Isolierung, Erdung, Sicherungen und Leistungsschalter verwendet. Moderne Verkabelungsvorschriften erfordern ein drittes Kabel für eine separate Erdung.
Das Erdungskabel führt im Gegensatz zum Neutralleiter keinen Strom, ermöglicht aber den Geräten einen separaten Erdungsanschluss.
Die folgende Abbildung zeigt den Anschluss der Steckdose an eine 120-V-Effektivleistung und an die Erde.
Wie der unten dargestellte elektrische Schaltplan zeigt, ist der Neutralleiter an vielen kritischen Stellen mit der Erde (Erde) verbunden.
Die obige Abbildung zeigt den Anschluss einer Steckdose an die Hotline und an die Erde.
Obwohl die Erdungsleitung überflüssig erscheint, ist die Erdung aus vielen Gründen wichtig.
Erstens wird es vom NEC verlangt.
Zweitens bietet die Erdung einen bequemen Weg zur Erde für Blitze, die in die Stromleitung einschlagen.
Drittens minimieren Erdungen das Risiko eines Stromschlags.
Was einen Schock verursacht, ist der Stromfluss von einem Körperteil zum anderen. Der menschliche Körper ist wie ein großer Widerstand R.
Wenn V die Potentialdifferenz zwischen Körper und Erde ist, wird der Strom durch den Körper durch das Ohmsche Gesetz bestimmt als
Der Wert von R variiert von Person zu Person und hängt davon ab, ob der Körper nass oder trocken ist.
Wie groß oder wie tödlich der Schock ist, hängt von der Stromstärke, dem Weg des Stroms durch den Körper und der Zeitdauer ab, die der Körper dem Strom ausgesetzt ist.
Ströme von weniger als 1 mA sind möglicherweise nicht schädlich für den Körper, Ströme über 10 mA können jedoch einen schweren Schock verursachen.
Ein modernes Sicherheitsgerät ist der Fehlerstromschutzschalter (GFCI), der in Stromkreisen im Freien und in Badezimmern eingesetzt wird, wo die Gefahr eines Stromschlags am größten ist.
Es handelt sich im Wesentlichen um einen Leistungsschalter, der öffnet, wenn die Summe der Ströme iR, iW und iB durch die roten, weißen und schwarzen Linien ungleich Null ist oder iR + iW + iB ≠ 0 ist.
Der beste Weg, einen Stromschlag zu vermeiden, besteht darin, die Sicherheitsrichtlinien für elektrische Systeme und Geräte zu befolgen. Hier sind einige davon:
- Gehen Sie niemals davon aus, dass ein Stromkreis stromlos ist. Überprüfen Sie immer, ob Sie sicher sein können.
- Benutzen Sie bei Bedarf Sicherheitsvorrichtungen und tragen Sie geeignete Kleidung (isolierte Schuhe, Handschuhe usw.).
- Benutzen Sie beim Testen von Hochspannungs Kreisen niemals zwei Hände, da der Strom von einer Hand zur anderen einen direkten Weg durch Ihre Brust und Ihr Herz hat.
- Berühren Sie kein Elektrogerät, wenn Sie nass sind. Denken Sie daran, dass Wasser Strom leitet.
- Seien Sie äußerst vorsichtig, wenn Sie mit elektronischen Geräten wie Radio und Fernseher arbeiten, da diese Geräte große Kondensatoren enthalten. Es dauert eine Weile, bis sich die Kondensatoren entladen, nachdem die Stromversorgung unterbrochen wurde.
- Lassen Sie bei Arbeiten an der Verkabelung Anlage immer eine weitere Person anwesend sein, nur für den Fall eines Unfalls.