是什么让电源电压在家中安全?

电器工程 电压 交流 安全 电源
2022-01-27 12:49:00

当我开始学习电气工程时,我学到的最重要的安全准则之一是超过 36V 的电压可能很危险。正如我的电路教授所说,120VAC 会刺痛,而 240VAC 会严重伤害。

现在我对这些电压及其危险有了更多的了解,我对市电及其安全性感到困惑。我经常看到人们(拔下)将电源线插入桌子或沙发后面的插座,但无法清楚地看到他们正在触摸的东西 - 有时用两只手更好地抓握,这在我的电气实验室中是绝对禁止的在学校。例如,用手指触摸火线和中性线的风险有多大?家里的断路器真的可以防止这种情况吗,还是 120/240VAC 没有我想的那么危险?

4个回答

断路器不足以保护生命。断路器用于阻止房屋墙壁中的电缆熔化并可能着火 - 断路器和保险丝执行阻止火灾的功能(这当然对生命也非常危险)。

对于直接接触带电 AC 部件,在英国,我们有剩余电流装置 (RCD)——如果从一根 AC 线引出的电流与从另一根引出的电流相差约 20mA,这些“跳闸”电源:

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(来源:diyhowto.co.uk

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显然,保险丝没有用,因为连接到交流电的设备的正常电流将是数十安培或更多安培。因此,如果您有一个电流为 10 安培的设备,并且您触摸了其中一根交流导体,您可能会汲取 20mA 的接地电流,这将“不平衡”RCD 并使电源跳闸。

至于同时触摸两个终端,必须设想不同的场景。我说的是交流电源系统,其中一个导体(有时称为中性线)是“接地的”,即它对地的电压可能只有几伏 - 如果你只触摸这根电线,那么 RCD 就不太可能跳闸但是谁在乎呢——充其量只是在你的身体上施加几伏电压,几乎没有任何电流会流过。相反,如果您同时接触了两根交流线(火线和零线),则从火线获取的接地电流仍显着大于零线的接地电流,并且 RCD 跳闸。

话虽如此,这 ~20mA 仍然会刺痛,即使它只有不到 100 毫秒。它是否会致命——可能对有心脏病的人来说,但那些人会在桌子底下翻找盲目地将连接器推入插座吗?

对于与大地“隔离”的交流系统,触摸任何一根电线几乎不会引起注意,但同时接触两根电线不会使 RCD 跳闸,您将处于严重危险之中——电流将直接流过身体并从导体流向导体。幸运的是,这类装置并不常见,但肯定并非闻所未闻。失去中性接地键会导致此问题。

在欧洲的某些地区(我知道德国和法国),连接器的制造方式是为了保护您在使用连接器时不会意外接触电源,即使努力尝试:

舒科特点(图片来自维基媒体和公共领域)

这种特殊的插座在德国使用。法国的格式略有不同(与图像中显示的插头不兼容,但与另一种类似的插头形式),其中地球不在两侧(在图像中标记为“2”),而是作为粗针从插座中冒出来。

由于插座是嵌入式的,因此在插拔时无法触摸热引脚。唯一可触摸的金属部分处于接地电位,并在热线连接之前连接。

用 Schuko 电击的唯一方法是将导电的东西塞入其中一个孔中。为了防止小孩这样做,可以使用安全嵌体(电源板通常带有内置保护)。

此外,还使用了@Andy aka 描述的 RCD 。

正如@venny 评论的那样,薄的两针插头(Europlugs)仅在针脚的远端有金属。

是什么让它在家庭、企业和学校中变得安全: 除了各种国家和国际标准强制执行的严格设计准则之外,没有什么能保证电源安全。在美国,NEC 或国家电气规范规定了家庭的布线方式以及允许和不允许使用哪些设备。它管理诸如如何布线、如何支持、终止、封闭、场景允许使用哪些电线类型等事情。

对于电气设备,可以是任何东西,从墙上的插座盒(安装插座的盒子)到电视等设备,都必须符合各种标准。这些是由各种私人和政府机构开发和维护的标准,其中许多是国际标准,例如 IEC。美国的一个例子是美国保险商 (UL) 实验室和职业安全与健康管理局 (OSHA)。

确保您安全的是制造商与这些不同机构之间的合作。这可确保连接到电源电压的设备可以安全地用于其预期角色。

安全使用的终点: 一旦您开始使用主电源,例如您是一名开发离线开关电源的工程师,那么您就是您自己的安全机构。您必须小心并遵循基本的预防措施。

还有什么使它安全: 教育。在生命的早期,你被告知不要惹它。插座、灯座或烤面包机内没有叉子或手指。大多数孩子在很小的时候就教过这一点。不过,我们中的一些人比较好奇,忽略了这些教义。这很痛苦,但让我们走上了一条奇妙的道路,对学习它的具体细节产生了兴趣。

接地故障断路器通常仅用于将电器连接到潮湿位置的电路​​。水槽附近的任何插座,例如浴室或厨房中的插座都将有 GFCI。位于房屋外部的插座也应受到 GFCI 保护。但不要假设。GFCI 的任务是最近的,许多老房子不必或懒得升级。

它们只需测量两条腿的电流即可工作。两条腿上的电流总是相等的,除非它以某种方式从设备中流出。GFCI 检测到不平衡并打开断路器。

用户对插头感到震惊: 美式 NEMA 5-15 插头通常足够安全,因为插脚不会立即与内部触点接触。此时,间隙通常太小,手指无法插入插头的表面和尖头之间。此外,如果您注意到插头面非常大,这会增加面部边缘和插脚之间的距离。

如果您的手指要同时穿过热线和中线,那么您会感到震惊。实际上,您将有两条电流路径,热到中性线和热到地。有多痛?要看。你湿了还是出汗了?那么也许它会伤害你很多甚至杀了你。皮肤干燥?这可能是一个快速的嗡嗡声。

其他想法: 120V 甚至 240V 都不是你想的那么高。电力在塔上以 50 万伏或更高的电压传输。电杆上局部分布在2.4-28.8kV,有时可高达69kV。这些电源电压是便利性和安全性之间的折衷。在大型商业和工业系统中,277/480V 三相系统很常见。在加拿大,常见的是 600V 三相系统(也称为 550V 或 575V 系统,略有不同)。那些更高的电压是为了将更多的功率向下推到相同尺寸的导体上。

请记住,在许多(可能是大多数)情况下,当有人接触到房屋电流时,他们不会以其他方式接地。同一只手上的手指间电流令人不快,并且如果持续下去会造成伤害(请参阅以这种方式烹饪香肠的视频),但不会致命。严重危险的情况是手对手或手对脚,电流通过心脏并可能破坏其时间。

在桌子后面摆弄或任何不太可能将一只手放在插头的每个插脚上的东西。因此,很大的风险是用二手在某个地方找到另一个接地点——管道、接地的散热器、金属外壳连接到安全接地的东西。当然有可能,但鉴于统计数据显然相当罕见。

有很多东西不是最理想的,但我们接受了,因为重新设计它们会比我们想要投资的麻烦更大。这似乎是其中之一。鉴于庞大的安装基础,安装 GFCI 比尝试更换数十亿个插座和与之匹配的插头更容易。

(触摸电压:我的祖父报告说,当他修理电梯时,他的一个搭档是一个彻头彻尾的疯子,他过去常常将一只手安全地移开,另一只手舔两根手指来检查电路的电压, 并迅速将它们滑过端子。理论上,这种移动触点可以防止当握住带电导体的手的肌肉收缩时可能发生的锁定风险,并保持触点足够短而不会显着损伤组织。方法,但它证明了我上面提出的观点:如果您没有电流通过中央体核心,并且电压不在千伏范围内,那么短暂的相遇可能不会杀死您。可能。不要尝试这个在家里,孩子们!)