O que torna a tensão da rede segura em residências?

Quando comecei a aprender sobre engenharia elétrica, uma das diretrizes de segurança mais importantes que aprendi foi que tensões acima de 36V podem ser perigosas. Como disse meu professor de circuitos, 120VAC vai doer e 240VAC vai doer seriamente.

Agora que sei mais sobre essas tensões e seus perigos, estou confuso sobre a eletricidade da rede elétrica e sobre como ela é segura. Costumo ver pessoas (des) conectando cabos de energia a tomadas que estão atrás de uma mesa ou sofá, sem uma visão clara do que estão tocando - às vezes com as duas mãos para obter uma melhor aderência, um não-não definido nos meus laboratórios elétricos na escola. Quão perigoso é o risco de, por exemplo, tocar um dedo nas linhas quente e neutra? Os disjuntores de uma casa realmente se protegem contra isso ou 120 / 240VAC não é tão perigoso quanto eu penso?

Os disjuntores não são suficientes para proteger a vida. Os disjuntores existem para impedir que o cabo nas paredes da sua casa derreta e possivelmente pegue fogo - disjuntores e fusíveis desempenham a função de interromper um incêndio (o que, obviamente, também é muito perigoso para a vida).

Para contato direto com uma parte CA ativa, no Reino Unido, temos dispositivos de corrente residual (RCDs) - estes "disparam" a alimentação se a corrente retirada de um dos fios CA for diferente da corrente descendente do outro em ~ 20mA:

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

Claramente, um fusível não seria útil porque a corrente normal dos dispositivos conectados ao AC será de dezenas ou mais amperes. Portanto, se você tem um aparelho com 10 ampères e tocou em um dos condutores de CA, você usaria uma corrente de terra de talvez 20mA e isso "desequilibraria" o RCD e dispararia o suprimento.

Quanto ao toque em ambos os terminais simultaneamente, um cenário diferente deve ser considerado. Estou falando de sistemas de energia CA nos quais um condutor (às vezes chamado de neutro) é "terra", ou seja, pode ter uma voltagem de apenas alguns volts na terra - se você tocou apenas nesse fio, é muito improvável que desarme o RCD MAS quem se importa - são apenas alguns volts colocados no seu corpo, na melhor das hipóteses, e quase nenhuma corrente flui. Se, em vez disso, você tocou os dois fios CA (ativo e neutro), haverá uma corrente de terra retirada da corrente que é significativamente maior que a corrente de terra do neutro e do RCD.

Dito isto, tudo isso ~ 20mA ainda vai doer, mesmo que seja apenas por menos de 100 milissegundos. Será letal - possivelmente para pessoas com queixas cardíacas, mas será que essas pessoas vasculharão sob uma mesa para empurrar cegamente um conector em uma tomada?

Para sistemas CA "isolados" da terra, tocar em qualquer fio dificilmente será perceptível, mas tocar em ambos não acionará um RCD e você estará em sério perigo - o fluxo atual será diretamente através do corpo e do condutor para o condutor. condutor. Felizmente, esse tipo de instalação não é muito comum, mas certamente não é inédito. Perder a ligação terra neutra pode causar esse problema.

Em algumas partes da Europa (conheço a Alemanha e a França), os conectores são fabricados de maneira a protegê-lo de tocar a rede acidentalmente, mesmo que se esforce ao máximo, enquanto trabalha com o conector:

(a imagem é da wikimedia e do domínio público)

Este soquete específico está em uso na Alemanha. A França tem um formato ligeiramente diferente (que não é compatível com o plugue mostrado na imagem, mas com outra forma semelhante de plugues) em que a terra não está nos lados (rotulada como "2" na imagem), mas como um pino grosso emergindo do soquete.

Como o soquete está embutido, não é possível tocar nos pinos quentes ao conectar ou desconectar. As únicas partes metálicas que podem ser tocadas estão no potencial de terra e são conectadas antes dos fios quentes.

A única maneira de obter um choque com um Schuko é colocando algo conduzido em um dos orifícios. Para proteger crianças pequenas, as inlays de segurança estão disponíveis (e os filtros de linha geralmente vêm com uma proteção embutida).

Além disso, os RCDs, conforme descrito por @Andy aka também são usados.

Como comenta o @venny, os plugues finos de dois pinos ( Europlugs ) possuem metal apenas na extremidade mais distante dos pinos.

O que o torna seguro em residências, empresas e escolas: Nada torna a energia elétrica segura, exceto diretrizes rígidas de design impostas por vários padrões nacionais e internacionais. Nos Estados Unidos, o NEC ou o National Electric Code determina como as casas devem ser conectadas e quais dispositivos são permitidos e não podem ser usados. Ele governa coisas como como a fiação deve ser executada, como deve ser suportada, terminada, fechada, que tipos de fios são permitidos para um cenário etc.

Para um dispositivo elétrico, que pode ser qualquer coisa, desde a caixa de tomadas (parede que monta uma tomada) em sua parede até um aparelho como uma televisão deve estar em conformidade com vários padrões. Esses padrões foram desenvolvidos e mantidos por várias agências privadas e governamentais, muitas delas internacionais, como a IEC. Um exemplo nos EUA seria o Underwriters (UL) Laboratories e o Occupational Safety and Health Administration (OSHA).

O que o mantém seguro é a cooperação entre os fabricantes e essas várias agências. Isso garante que um aparelho conectado à tensão da rede seja seguro para o uso na função pretendida.

Onde esse uso seguro termina: Depois que você começa a trabalhar com a rede elétrica, por exemplo, você é um engenheiro que desenvolve uma fonte de alimentação comutada off-line, VOCÊ é sua própria agência de segurança. Você deve ter cuidado e seguir as precauções básicas.

O que mais a torna segura: educação. No início da vida, você é instruído a não mexer com isso. Não há garfos ou dedos colados nas tomadas, soquetes de lâmpadas ou torradeiras. Isso é ensinado à maioria das crianças em tenra idade. Porém, alguns de nós ficamos um pouco mais curiosos e ignoramos esses ensinamentos. Doeu, mas nos levou a um caminho fantástico para nos interessar em aprender os detalhes.

Os interruptores de circuito de falta à terra geralmente são usados ​​apenas para circuitos que terão dispositivos conectados a eles em locais úmidos. Quaisquer tomadas próximas a uma pia, como em um banheiro ou cozinha, terão GFCI's. Também os pontos de venda localizados na parte externa de uma casa devem ser protegidos por GFCI. Mas NÃO ASSUME isso. O mandato para os GFCI's é recente e muitos lares antigos não precisaram ou não se deram ao trabalho de atualizar.

Eles funcionam simplesmente medindo a corrente de ambas as pernas. A corrente é sempre igual nas duas pernas, a menos que esteja saindo de algum modo do aparelho. O GFCI detecta o desequilíbrio e abre um disjuntor.

Os usuários ficam chocados com os plugues: os plugues NEMA 5-15 do estilo americano geralmente são seguros o suficiente, pois os pinos não fazem contato imediato com os contatos internos. Nesse ponto, a folga é normalmente muito pequena para que os dedos se encaixem entre a face do plugue e as pontas. Além disso, se você notar que a face do plugue é bastante grande, aumenta a distância entre a borda da face e as pontas.

Se seus dedos atravessam o quente e o neutro, você fica chocado. De fato, você teria dois caminhos para a corrente, quente a neutro e quente a terra. Quanto dói? Depende. Você está molhado ou suado? então talvez doa muito ou até mate você. Pele seca? Pode ser uma picada rápida.

Outros pensamentos: 120V ou mesmo 240V não é tão alto quando você pensa sobre isso. A energia é transmitida a meio milhão de volts em torres ou mais. Ele é distribuído localmente em 2,4-28,8kV em postes e, às vezes, pode chegar a 69kV. Essas tensões de rede são um compromisso entre conveniência e segurança. Em grandes sistemas comerciais e industriais, sistemas trifásicos de 277 / 480V são comuns. No Canadá, era comum ver sistemas trifásicos de 600V (também chamados de sistemas de 550V ou 575V, variava um pouco). Essas voltagens mais altas eram para empurrar mais potência para baixo de um condutor do mesmo tamanho.

Lembre-se de que, em muitos (talvez na maioria) dos casos, quando alguém entra em contato com a corrente da casa, eles não são aterrados. A corrente dedo a dedo na mesma mão é desagradável e prejudicial se continuada (veja vídeos de cozinhar salsichas dessa maneira), mas não letal. As situações seriamente perigosas são de corpo a corpo, ou corpo a pé, onde a corrente passa pelo coração e pode atrapalhar seu tempo.

Mexer atrás de uma mesa ou o que for improvável de colocar uma mão em cada uma das pontas do plugue. Portanto, o grande risco é encontrar outro aterramento em algum lugar com o encanamento em segunda mão, um radiador aterrado, algo com uma caixa de metal conectada ao aterramento de segurança. Certamente possível, mas aparentemente bastante incomum, dadas as estatísticas.

Há muitas coisas que são subótimas, mas que aceitamos porque redesenhá-las seria mais problemático do que queremos investir. Este parece ser um deles. Dada a enorme base de instalação, é mais fácil instalar GFCIs do que tentar substituir alguns bilhões de tomadas e os plugues correspondentes a elas.

(Voltagem por toque: meu avô relata que, quando fazia reparos em elevadores, um de seus parceiros era um maníaco absoluto que costumava verificar a voltagem de um circuito, colocando uma mão em segurança, afastando-a com segurança, lambendo dois dedos na outra mão. A teoria era que esse contato em movimento evitava o risco de travamento que pode ocorrer quando os músculos se contraem em uma mão que segura um condutor ativo e mantém o contato curto o suficiente para não danificar significativamente o tecido. abordagem, mas demonstra o que afirmei acima: se você não tem corrente no núcleo do corpo central e a tensão não está no intervalo de quilovolts, um breve encontro provavelmente não o matará. isso em casa, crianças!)

Não assuma que 120V é "mais seguro" que 240V. Ambos podem matar! E leva muito pouca corrente a essas tensões (ou seja, 1/10 amp é suficiente para eletrocutar). Existem disjuntores e fusíveis para evitar sobrecarga de circuitos, o que pode causar incêndios. É por isso que os disjuntores ou receptores GFCI (interruptores de circuito de falha à terra) são usados ​​em determinadas áreas como cozinhas, banheiros, garagem e áreas de piscina / sauna, onde existe a possibilidade de um aparelho conectado cair na água. Eles têm um recurso adicional para ajudar a proteger as pessoas contra choques elétricos. Quando instalados corretamente, eles disparam (abrem) o circuito se forem detectadas correntes dispersas superiores a 5mA (1 / 200A). Quanto aos plugues, nunca manuseie as peças metálicas (eletricamente condutoras) ao conectá-las ou removê-las.

As tensões de alimentação são um compromisso. Tensões mais altas significam mais risco de choque e a capacidade da eletricidade de "saltar" mais, mas tensões mais baixas significam correntes mais altas, o que significa maiores perdas e maior risco de incêndio.

Praticamente o mundo inteiro escolheu tensões de rede entre 100V e 240V. Essas tensões são altas o suficiente para manter as perdas e o risco de incêndio sob controle, enquanto são baixas o suficiente para não saltar muito longe e para muitas vítimas de choque sobreviverem (embora não seja de forma alguma garantida, NÃO VAI DAR A SI MESMO CHUVEIROS PARA A REDE DA REDE)

Os plugues e soquetes foram projetados para reduzir o risco de tocar nos pinos enquanto eles estão ativos. Os países ~ 230V no primeiro mundo tendem a se esforçar mais do que os países ~ 115V ou os países menos desenvolvidos.

Duvido que haja estatísticas confiáveis ​​sobre a probabilidade de morte por choques elétricos na rede elétrica, porque tenho certeza de que a grande maioria das pessoas que sobrevivem a esses choques não os informa formalmente, mas anedoticamente a maioria dos eletricistas que falo para indicar que eles tiveram pelo menos um choque na rede elétrica em sua carreira, enquanto as mortes por choque elétrico atingem um punhado por ano no Reino Unido (onde eu moro).

Não devemos esquecer que as alternativas à eletricidade, como velas e iluminação a gás, também não são isentas de riscos.