Esta regleta es un iniciador de fuego

Jul 21, 2023

Hace unas semanas necesitaba una regleta de enchufes en la oficina de mi casa. El tomacorriente en cuestión está ubicado detrás de un archivador, por lo que necesitaría un enchufe de bajo perfil. Salté a Amazon para comprar una tira supresora de sobretensiones. Fue entonces cuando noté tiras con tapones giratorios. Siempre he tenido algunas aprensiones acerca de los enchufes como ese, aunque nunca pude precisar por qué. Mirando las reseñas de este enchufe en particular, encontré algunos problemas aterradores. Fotos de enchufes derretidos, salidas derretidas y gritos de "peligro de incendio". Así que hice lo que haría cualquier hacker loco: compré dos enchufes múltiples. Uno con un enchufe de ángulo recto fijo para usar en mi oficina y otro con un enchufe giratorio para desmontar.

Supresores de sobretensiones, regletas, regletas de enchufes, tienen muchos nombres. Underwriter's Laboratories (UL) los llama "tomas de corriente reubicables". Todos tienen varios tomacorrientes, la mayoría tiene algún tipo de disyuntor en el interior y algunos tienen circuitos para la supresión de sobretensiones. Estos son algunos de los dispositivos más comunes que se encuentran en el hogar moderno. Muchas de nuestras casas se diseñaron y construyeron antes que el sonido envolvente, los decodificadores de cable, las computadoras, los módems, los cargadores de teléfonos celulares, los cargadores de tabletas y todas nuestras otras comodidades modernas. No había tantas cargas eléctricas, por lo que las casas no tenían muchos enchufes. Las regletas de enchufes resuelven este problema.

Después de un par de días, tenía mis tiras en la mano. Esperaba que el enchufe girara una vez, tal vez 270 grados. Eso indicaría que había cables que conectaban el cabezal giratorio al resto del enchufe. No es así: este enchufe daría vueltas y vueltas durante todo el día.

El enchufe gira 360 grados, pero permite que los cables vivo, neutral y de tierra permanezcan conectados. Lo hace con la ayuda de anillos colectores. Los anillos deslizantes son dispositivos que transmiten una o más señales eléctricas a través de una junta giratoria. Los anillos deslizantes grandes pueden llevar 100 o más circuitos separados. La mayoría de los alternadores de automóviles utilizan anillos deslizantes para suministrar corriente de excitación de CC al rotor. Mecánicamente, son primos cercanos de los conmutadores, que se utilizan para transmitir energía a los motores de CC. La diferencia es que un solo anillo deslizante es una sola conexión, donde un conmutador es un dispositivo de conmutación; en un motor, conmuta la corriente a una de varias bobinas. Los anillos deslizantes empaquetados solían ser artículos caros y difíciles de encontrar. Gracias a la globalización, puedes recogerlos en Amazon. Un anillo deslizante de doce circuitos le costará $ 9.99 enviado a su puerta.

Lo que pasa con los anillos colectores es que son dispositivos mecánicos. Se desgastan, pueden romperse y las conexiones hechas a través de ellos pueden volverse intermitentes. Si está alimentando un circuito a través de un anillo deslizante, es una buena idea colocar el circuito de la fuente de alimentación después del anillo e incluir suficiente capacitancia para absorber cualquier conexión intermitente. He visto chips FPGA más antiguos engancharse y calentarse lo suficiente como para desoldarse de una PCB debido a transitorios de energía causados ​​por un anillo deslizante defectuoso.

Sabía que rompería este conector, pero Belkin me dio mucha información antes de que sacara mi destornillador. Impreso en el propio enchufe fue PATENTADO USA 5,775,921. El inventor de este diseño particular de tapón giratorio es Jonie Chou, y Belkin obtuvo la licencia de la patente. Belkin también tiene sus propias patentes sobre dispositivos similares, la mayoría inventados por John Wadsworth. De hecho, hay 17 referencias a la patente de Jonie Chou de las patentes asignadas de Belkin. Es seguro decir que Belkin ha invertido mucho en enchufes y tomacorrientes giratorios.

Mantuve la patente '921 cerca mientras derribaba el tapón giratorio. Los 4 tornillos fueron fáciles de quitar. Sin embargo, el enchufe no se rompió. Fue pegado o soldado ultrasónicamente. Tuve que separarlo usando la hoja de un cuchillo utilitario como cuña. La construcción del tapón sigue de cerca la figura 1 de la patente. Los resortes mantienen los dos anillos en su lugar: el número 5 para neutral y el 6 para conexión a tierra. Caliente es un eje en el extremo del enchufe que gira en un manguito en el extremo del cable. El lado neutral tiene un pequeño parche de contacto en el anillo deslizante: lo medí en 2,24 mm x 1,24 mm. Los anillos en sí tienen un grosor de 0,7 mm. La comparación de la construcción con las fotografías de fallas de las revisiones de Amazon pinta una imagen bastante clara. El anillo colector neutro forma una conexión resistiva. Esto crea calor, ablandando el plástico y, finalmente, provoca la formación de arcos cuando fallan las conexiones. El conductor de tierra debe respaldar al neutro, pero solo si la conexión falla por completo. En ese punto, el plástico ya está reblandecido. Me gustaría ver cuántas personas tienen problemas para usar estos dispositivos con interruptores de circuito por falla a tierra (GFCI).

¿Como sucedió esto? Hagamos los números con una lámpara de escritorio. Para simplificar las cosas, usaremos una bombilla incandescente de 60 W. La ley de Ohm nos dice que 60 W son 0,5 A a 120 V. La resistencia de la bombilla es de unos 240 Ω. Normalmente, la caída de tensión en el cableado es relativamente pequeña. Pero digamos que la resistencia en el anillo deslizante es de 10 Ω. Ahora tenemos una resistencia total de 250 Ω. La corriente cae a 0,48 A y la potencia a 57,6 W.

4,8 V y 2,3 W de potencia ahora se descargan a través de esa carga de 10 Ω. Eso no parece mucho, pero ¿a dónde va el calor? Los anillos colectores se calientan. Los cables se llevan parte del calor, pero no todo. El resto se vierte en el plástico, que comienza a ablandarse. El plástico ablandador permite que todo comience a moverse. Los anillos deslizantes y los contactos se separan. Las hojas del enchufe terminan en ángulos extraños. Finalmente, la conexión comienza a romperse. Se abren unas pocas micras de espacio entre los contactos, lo que facilita que se formen arcos de 120 V. Comienza el arco, descargando más calor en el sistema y proporcionando una fuente de ignición. A partir de aquí, sucede una de dos cosas: el plástico blando carbonizado se mueve lo suficiente como para romper la conexión, o las cosas se incendian.

Lo extraño aquí es que Belkin conoce el problema. En 2009, Belkin retiró del mercado 68.700 protectores contra sobretensiones con enchufes giratorios. Todos los dispositivos problemáticos se fabricaron en 2003. Cualesquiera que fueran los problemas de fabricación, se solucionaron a satisfacción de Belkin, y la empresa sigue fabricando tapones giratorios. Mi dispositivo, en particular, tenía una fecha de fabricación de junio de 2017.

Aunque los problemas persisten. Las imágenes de los enchufes derretidos están en todas las páginas de revisión de Amazon, y no solo en los dispositivos retirados. Estos son dispositivos nuevos, comprados este año. La junta de seguridad de productos de consumo tiene registrados cinco informes de supresores de sobrevoltaje defectuosos de Belkin. En septiembre, un programa de noticias de Houston investigó problemas con un supresor de sobrevoltaje fallido, pero no llegó muy lejos con Belkin; sin embargo, este caso parece ser uno de PCB supresor de sobretensiones fallida, no el enchufe en sí.

A pesar de todo esto, es importante tener en cuenta que el dispositivo Belkin y su enchufe están en la lista de Underwriters Laboratories (UL), por lo que los dispositivos han sido probados y se ha determinado que son seguros por al menos un laboratorio. Si bien Hackaday no tiene estadísticas de fallas para este modelo en particular, podría valer la pena que UL eche un segundo vistazo al diseño.

Este tipo de cosas pueden ocurrir con cualquier conexión. La diferencia entre la bujía Belkin y las bujías tradicionales es que los anillos deslizantes giratorios proporcionan muchos más puntos de falla. Los enchufes de red de CA soportan muchos abusos. Ellos son arrancados por sus cuerdas. Están golpeados por los muebles. Tienen que manejar la corrosión, el polvo y la suciedad que se acumulan en sus cuchillas. Toman ciclos de calefacción y refrigeración a medida que las cargas de alta corriente se encienden y apagan. Todo esto sucede durante años, incluso décadas en algunos casos. Entonces, ¿por qué agregar múltiples puntos de falla a un sistema que va a ser abusado?

Belkin ya ha pasado por un retiro del mercado debido a este diseño giratorio. A juzgar por las fotos en Amazon, harían bien en considerar renovar el enchufe giratorio por completo, antes de que alguien pierda su tienda, su hogar o algo peor. Dicho esto, no son la única empresa que produce tapones giratorios. La búsqueda en Amazon de "360 plug" revela varios otros licenciatarios de la patente 5,775,921. Empresas como 360 Electrical están construyendo tiras de tomacorrientes donde cada tomacorriente gira. ¿Alguno de ellos es seguro?

En cuanto a mí, instalé el supresor de sobretensiones Belkin de enchufe fijo en mi oficina. En cuanto a la segunda tira, el enchufe giratorio pronto se cortará y se reemplazará con un enchufe de la ferretería y el supresor de sobretensiones vivirá sus días alimentando la computadora en mi tienda.