10.7: Wiring wa kaya na Usalama wa Umeme

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hiyo, utaweza:

• Andika orodha ya dhana za msingi zinazohusika katika wiring ya nyumba
• Eleza maneno ya hatari ya joto na hatari ya mshtuko
• Eleza madhara ya mshtuko wa umeme kwenye physiolojia ya binadamu na uhusiano wao na kiasi cha sasa kupitia mwili
• Eleza kazi ya fuses na wavunjaji wa mzunguko

Umeme inatoa hatari mbili zinazojulikana: mafuta na mshtuko. Hatari ya joto ni moja ambayo umeme wa sasa husababisha athari zisizohitajika za mafuta, kama vile kuanzia moto katika ukuta wa nyumba. Hatari ya mshtuko hutokea wakati umeme wa sasa unapita kupitia mtu. Mshtuko hutofautiana kwa ukali kutoka kwa uchungu, lakini vinginevyo wasio na hatia, kwa uharibifu wa moyo. Katika sehemu hii, tunazingatia hatari hizi na mambo mbalimbali yanayowaathiri kwa namna ya kiasi. Pia tunachunguza mifumo na vifaa vya kuzuia hatari za umeme.

Hatari za joto

Nguvu za umeme husababisha athari zisizohitajika inapokanzwa wakati wowote nishati ya umeme inabadilishwa kuwa nishati ya joto kwa kiwango cha kasi zaidi kuliko inaweza kufutwa kwa usalama. Mfano wa classic wa hii ni mzunguko mfupi, njia ya chini ya upinzani kati ya vituo vya chanzo cha voltage. Mfano wa mzunguko mfupi unaonyeshwa kwenye Kielelezo\(\PageIndex{1}\). Toaster imeingizwa kwenye bandari ya umeme ya kawaida ya kaya. Insulation juu ya waya inayoongoza kwa appliance imevaa kupitia, kuruhusu waya mbili kuwasiliana, au “mfupi.” Matokeo yake, nishati ya joto inaweza kuongeza kasi ya joto la vifaa vya jirani, kuyeyuka insulation na labda kusababisha moto.

Mchoro wa mzunguko unaonyesha ishara ambayo ina wimbi la sine lililofungwa kwenye mduara. Ishara hii inawakilisha chanzo cha voltage cha sasa (ac). Katika chanzo cha voltage ac, voltage oscillates kati ya amplitude chanya na hasi upeo. Hadi sasa, tumekuwa tukizingatia vyanzo vya voltage vya moja kwa moja (DC), lakini dhana nyingi zinatumika kwa nyaya za ac.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Mzunguko mfupi ni njia isiyohitajika ya chini ya upinzani kwenye chanzo cha voltage. (a) Insulation huvaliwa kwenye waya wa kibaniko huwawezesha kuwasiliana na r ya chini ya upinzani. Tangu\(P = V^2/\tau\), nguvu ya joto huundwa kwa haraka sana kwamba kamba huyeyuka au kuchoma. (b) Mpangilio wa mzunguko mfupi.

Hatari nyingine kubwa ya mafuta hutokea wakati waya zinazotumia nguvu kwa vifaa vimejaa mzigo. Waya wa umeme na vifaa mara nyingi hupimwa kwa sasa ya juu ambayo wanaweza kushughulikia salama. Neno “overloaded” linamaanisha hali ambapo sasa huzidi kiwango cha juu cha sasa kilichopimwa. Kama sasa inapita kupitia waya, nguvu iliyosababishwa katika waya za usambazaji\(R_W\) ni\(P = I^2 R_W\) wapi upinzani wa waya na mimi ni sasa inayozunguka kupitia waya. Kama ama mimi au\(R_W\) ni kubwa mno, waya overheat. Fuses na wavunjaji wa mzunguko hutumiwa kupunguza mikondo mingi.

Mshtuko hatari

Mshtuko wa umeme ni mmenyuko wa kisaikolojia au kuumia unasababishwa na sasa umeme wa nje unaopita kupitia mwili. Matokeo ya mshtuko wa umeme inaweza kuwa hasi au chanya. Wakati sasa na ukubwa wa juu ya 300 mA hupita kupitia moyo, kifo kinaweza kutokea. Wengi wa mshtuko wa umeme hutokea kwa sababu sasa husababisha fibrillation ya ventricular, massively kawaida na mara nyingi mbaya, kupiga moyo. Kwa upande mwingine, mwathirika wa mashambulizi ya moyo, ambaye moyo wake ni katika fibrillation, unaweza kuokolewa na mshtuko wa umeme kutoka kwa defibrillator.

Madhara ya mshtuko usiofaa wa umeme yanaweza kutofautiana kwa ukali: hisia kidogo wakati wa kuwasiliana, maumivu, kupoteza udhibiti wa misuli ya hiari, ugumu wa kupumua, nyuzi za moyo, na uwezekano wa kifo. Kupoteza kwa udhibiti wa misuli ya hiari kunaweza kusababisha mwathirika asiweze kuruhusu chanzo cha sasa.

Sababu kuu ambazo ukali wa madhara ya mshtuko wa umeme hutegemea ni:

1. Kiasi cha sasa mimi
2. Njia iliyochukuliwa na sasa
3. Muda wa mshtuko
4. Mzunguko wa f wa sasa (\((f = 0 \)kwa DC)

Miili yetu ni conductors nzuri ya umeme kutokana na maudhui ya maji ya mwili. Hali ya hatari hutokea wakati mwili unawasiliana na chanzo cha voltage na “ardhi.” Neno “ardhi” linamaanisha kuzama kubwa au chanzo cha elektroni, kwa mfano dunia (hivyo, jina). Wakati kuna njia moja kwa moja ya ardhi, mikondo mikubwa itapita kupitia sehemu za mwili na upinzani wa chini kabisa na njia moja kwa moja ya ardhi. Tahadhari ya usalama inayotumiwa na fani nyingi ni kuvaa viatu vya maboksi. Viatu vya maboksi huzuia njia ya ardhi kwa elektroni kupitia miguu kwa kutoa upinzani mkubwa. Wakati wowote unapofanya kazi na zana za juu-nguvu, au mzunguko wowote wa umeme, hakikisha kwamba hutoa njia ya mtiririko wa sasa (hasa ndani ya moyo). Tahadhari ya kawaida ya usalama ni kufanya kazi kwa mkono mmoja, kupunguza uwezekano wa kutoa njia ya sasa kupitia moyo.

Maji madogo sana hupita bila uharibifu na haijafikiri kupitia mwili. Hii hutokea kwako mara kwa mara bila ujuzi wako. Kizingiti cha hisia ni 1 mA tu na, ingawa haifai, mshtuko unaonekana hauna maana kwa mikondo chini ya 5 mA. Idadi kubwa ya sheria za usalama huchukua thamani ya 5-mA kwa mshtuko wa juu unaoruhusiwa. Katika 5—30 mA na hapo juu, sasa inaweza kuchochea contractions endelevu misuli, kama vile msukumo wa kawaida ujasiri kufanya (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Maji makubwa sana (juu ya 300 mA) husababisha moyo na diaphragm ya mapafu kuwa mkataba kwa muda wa mshtuko. Wote moyo na kupumua huacha. Wote mara nyingi hurudi kawaida kufuatia mshtuko.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Sasa umeme unaweza kusababisha vikwazo vya misuli na athari tofauti. (a) Mhasiriwa ni “kutupwa” nyuma na contractions involuntary misuli kupanua miguu na kiwiliwili. (b) Mhasiriwa hawezi kuruhusu kwenda kwa waya ambayo ni kuchochea misuli yote katika mkono. Wale ambao hufunga vidole ni wenye nguvu zaidi kuliko wale wanaowafungua.

Sasa ni sababu kubwa inayoamua ukali wa mshtuko. Voltage kubwa ni hatari zaidi, lakini tangu\(I = V/R\), ukali wa mshtuko unategemea mchanganyiko wa voltage na upinzani. Kwa mfano, mtu mwenye ngozi kavu ana upinzani wa karibu\(200 \, k\Omega\). Kama anakuja katika kuwasiliana na 120-V ac, sasa

\[I = (120 \, V)(200 \, k\Omega) = 0.6 \, mA\]

hupita harmlessly kwa njia yake. Mtu huyo anayepanda mvua anaweza kuwa na upinzani\(10.0 \, k\Omega\) na sawa 120 V atazalisha sasa ya 12 mA—juu ya kizingiti cha “hawezi kuruhusu” na uwezekano wa hatari.

Usalama wa Umeme: Mifumo na Vifaa

Kielelezo\(\PageIndex{3}(a)\) kinaonyesha schematic kwa mzunguko rahisi wa ac bila vipengele vya usalama. Hii sio jinsi nguvu inavyosambazwa katika mazoezi. Wiring ya kisasa ya kaya na viwanda inahitaji mfumo wa waya tatu, umeonyeshwa kwa kimapenzi kwa sehemu (b), ambayo ina vipengele kadhaa vya usalama, na waya za kuishi, zisizo na upande, na chini. Kwanza ni mzunguko wa mzunguko wa kawaida (au fuse) ili kuzuia overload ya mafuta. Pili ni kesi ya kinga karibu appliance, kama vile kibaniko au jokofu. Kipengele cha usalama wa kesi ni kwamba huzuia mtu kugusa waya zilizo wazi na kuingia katika mawasiliano ya umeme na mzunguko, na kusaidia kuzuia mshtuko.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): (a) Mpangilio wa mzunguko rahisi wa ac na chanzo cha voltage na vifaa vingine vinavyowakilishwa na upinzani R. Hakuna vipengele vya usalama katika mzunguko huu. (b) Mfumo wa waya wa tatu unajumuisha waya wa neutral chini kwenye chanzo cha voltage na eneo la mtumiaji, na kulazimisha kuwa kwenye volts zero na kusambaza njia mbadala ya kurudi kwa sasa kupitia ardhi. Pia msingi wa volts sifuri ni kesi ya appliance. Mzunguko wa mzunguko au fuse hulinda dhidi ya overload ya mafuta na iko katika mfululizo kwenye waya wa kazi (kuishi/moto).

Kuna uhusiano tatu kwa ardhi inavyoonekana katika\(\PageIndex{3}(b)\). Kumbuka kwamba uhusiano wa ardhi ni njia ya chini ya upinzani moja kwa moja chini. Uunganisho wa ardhi mbili kwenye waya wa neutral husababisha kuwa kwenye volts zero kuhusiana na ardhi, na kutoa waya jina lake. Kwa hiyo waya hii ni salama kugusa hata kama insulation yake, kwa kawaida nyeupe, haipo. Waya wa neutral ni njia ya kurudi kwa sasa kufuata ili kukamilisha mzunguko. Zaidi ya hayo, mbili uhusiano ardhi ugavi njia mbadala kwa njia ya ardhi (kondakta nzuri) kukamilisha mzunguko. Uunganisho wa ardhi karibu na chanzo cha nguvu unaweza kuwa kwenye mmea wa kuzalisha, wakati mwingine ni mahali pa mtumiaji. Udongo wa tatu ni kwa kesi ya vifaa, kwa njia ya waya ya kijani ya ardhi, kulazimisha kesi hiyo, pia, kuwa kwenye volts sifuri. Waya hai au moto (hapa inajulikana kama “live/moto”) hutoa voltage na sasa kuendesha appliance. Kielelezo\(\PageIndex{4}\) kinaonyesha toleo la picha zaidi la jinsi mfumo wa waya wa tatu umeunganishwa kupitia kuziba kwa njia ya kuziba tatu kwa vifaa.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Plug ya kawaida ya tatu inaweza kuingizwa kwa njia moja, ili kuhakikisha kazi sahihi ya mfumo wa waya tatu.

Kuhami plastiki ni rangi-coded kutambua kuishi/moto, neutral, na waya chini, lakini kanuni hizi hutofautiana duniani kote. Ni muhimu kuamua msimbo wa rangi katika eneo lako. Wakati mwingine mipako iliyopigwa hutumiwa kwa manufaa ya wale ambao ni rangi ya rangi.

Kutetea kesi hutatua tatizo zaidi ya moja. Tatizo rahisi ni insulation huvaliwa kwenye waya ya kuishi/moto ambayo inaruhusu kuwasiliana na kesi, kama inavyoonekana kwenye Mchoro\(\PageIndex{5}\). Ukosefu wa uhusiano wa ardhi, mshtuko mkubwa unawezekana. Hii ni hatari sana jikoni, ambapo uhusiano mzuri na ardhi unapatikana kupitia maji kwenye sakafu au bomba la maji. Kwa uunganisho wa ardhi usiofaa, mzunguko wa mzunguko atasafiri, na kulazimisha ukarabati wa vifaa.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Insulation iliyovaliwa inaruhusu waya wa kuishi/moto kuwasiliana moja kwa moja na kesi ya chuma ya vifaa hivi. (a) Uunganisho wa ardhi unavunjika, mtu huyo ameshtuka sana. Vifaa vinaweza kufanya kazi kwa kawaida katika hali hii. (b) Kwa ardhi sahihi, safari ya mzunguko wa mzunguko, na kulazimisha ukarabati wa vifaa.

kosa ardhi mzunguko interrupter (GFCI) ni kifaa usalama kupatikana katika updated jikoni na bafuni wiring kwamba kazi kulingana na induction sumakuumeme. GFCIs kulinganisha mikondo katika kuishi/moto na neutral waya. Wakati mikondo ya kuishi/ya moto na ya neutral si sawa, ni karibu kila mara kwa sababu sasa katika neutral ni chini ya waya hai/moto. Kisha baadhi ya sasa, inayoitwa sasa ya kuvuja, inarudi kwenye chanzo cha voltage kwa njia nyingine isipokuwa kupitia waya wa neutral. Inadhaniwa kuwa njia hii inatoa hatari. GFCIs kawaida huwekwa ili kuzuia mzunguko ikiwa sasa ya kuvuja ni kubwa kuliko 5 mA, mshtuko uliokubaliwa usio na hatia. Hata kama sasa kuvuja huenda salama chini kwa njia ya waya intact ardhi, GFCI safari, kulazimisha ukarabati wa kuvuja.

Contributors and Attributions

Template:ContribOpenStaxUni