كيف يعمل النظام الكهربائي

لقد مر أكثر من 100 عام منذ أن ظهرت أول محطة طاقة تعمل بالتيار المتردد في شلالات نياجرا على الإنترنت. منذ ذلك الحين ، تحولت الولايات المتحدة والعالم أخيرًا بواسطة الشبكة الكهربائية. تهيمن الأبراج التي تحمل أسلاك الجهد العالي وأعمدة الكهرباء التي توزع الكهرباء على المنازل والشركات على المشهد في كل دولة متقدمة. لكل منطقة شركة طاقة خاصة بها لصيانة وإصلاح الشبكة.

كل منزل لديه نظامه الكهربائي الخاص به ، ومع ذلك ، عندما تحدث مشاكل هناك ، لن تقوم شركة الطاقة بإصلاحها. لمعرفة من يجب الاتصال به عند ظهور المشاكل ، يحتاج أصحاب المنازل إلى فهم أين تنتهي مسؤولية شركة الطاقة وتبدأ أعمالهم - بالإضافة إلى فهم كيفية دخول الطاقة إلى المنزل وتوزيعها من خلال جميع الدوائر.

الكهرباء رائعة ولكن الأنظمة الكهربائية يمكن أن تكون معقدة ، ويمكن أن تغرق التفسيرات حول كيفية عملها في الجوانب الفنية. يحاول هذا الوصف (من وجهة نظر عامل بناء وليس كهربائي) أن يبقي الأمور بسيطة قدر الإمكان.

دور محول الخط

العامل الماهر في الأسرة

على الرغم من مولدات الطاقة الشمسية ، يتم تغذية الشبكات الكهربائية في البلدان المتقدمة إلى حد كبير بالبخار أو الماء أو التوربينات التي تعمل بالرياح. تنتج هذه التوربينات تيارًا مترددًا (AC) - والذي يغير اتجاهه 60 مرة في الثانية (60 هرتز أو 60 هرتز) في أمريكا الشمالية - وتغذيته من خلال خطوط نقل مدعومة بأبراج عملاقة وطاقة أعمدة.

فكر في الجهد على أنه القوة التي تدفع الكهرباء عبر الأسلاك. يجب أن يكون الجهد عاليًا جدًا (في حدود عدة مئات الآلاف من الفولتات) لتمكين النقل عبر مسافات طويلة بكفاءة وبأقل تكلفة ممكنة. هذا الجهد مرتفع جدًا للاستخدام العملي ، لذلك يتعين على محول الخط أن ينزل الجهد (ينقصه) إلى قيمة قابلة للاستخدام.

إذا نظرت إلى عمود طاقة ، فستجد أسطوانة معدنية كبيرة في الأعلى. هذا هو محول الخط ، وهو يخفض الجهد إلى ما يقرب من 120/240 فولت للاستخدام المنزلي. هذا هو الجهد القياسي الذي يتم توفيره للمنازل المكونة من أسرة واحدة وعائلتين في أمريكا الشمالية. تُستخدم تكوينات الجهد الأخرى للمباني التجارية والصناعية.

يقول المهندس الكهربائي جون ويليامسون ، إنه في العديد من المناطق ، تم دفن نظام توزيع المرافق المحلية تحت الأرض ، لذا فإن محولات المرافق موجودة في الصناديق الخضراء المألوفة المثبتة على الوسادة التي تراها في بعض المناطق السكنية أحياء.

يقول: "يعمل مشغلو شبكة الطاقة الإقليمية بلا كلل وبصمت على مدار الساعة للتأكد من أن الجهد والتردد 60 هرتز للشبكة مستقران ومتسقان". "هذا شيء نأخذه جميعًا كأمر مسلم به."

من المحول إلى العداد

يحمل انخفاض الخدمة العلوية النموذجي الذي يمتد من المحول إلى المنزل ثلاثة أسلاك: سلكان ساخنان وسلك محايد. الجهد المقاس هو 240 فولت من الساخن إلى الساخن ، و 120 فولت بين السلك المحايد وكل سلك ساخن. تجد نفس التكوين الأساسي لثلاثة أسلاك معزولة في منشآت تحت الأرض.

أولاً ، يمرون من خلال رأس الطقس ، وهو طول قناة متصلة بإحكام بالسقف أو انحياز بفتحة عنق أوزة لمنع المطر. ثم المحطة التالية لأسلاك مدخل الخدمة هي عداد الكهرباء ، والذي يتم توصيله عادةً بجانب المنزل أسفل رأس الطقس. تتصل الأسلاك بأطراف خط العداد ، مما يسمح للعداد بمراقبة تدفق التيار إلى المنزل.

معظم العدادات اليوم هي عدادات ذكية وتقوم تلقائيًا بترحيل هذه المعلومات إلى شركة الطاقة عبر إشارات الراديو اللاسلكية. هذا يلغي الحاجة إلى قراء عدادات المرافق لزيارة كل منزل. ينتمي العداد الزجاجي بالوات ساعة إلى شركة الطاقة ، لكن حاوية مقبس العداد وجميع مكونات النظام الكهربائي للمبنى التي تأتي بعده تخص صاحب المنزل.

من العداد إلى لوحة الخدمة

من محطات التحميل ، الموجودة على الجانب الآخر من العداد من محطات الخط ، تنتقل أسلاك مدخل الخدمة إلى لوحة الخدمة الرئيسية. قبل أن يصلوا إلى هناك ، يتعين عليهم عادةً المرور عبر جدار. عند هذه النقطة ، عادة ما يكون هناك صندوق تقاطع أو وصلة مجرى (بغطاء قابل للإزالة) مثبتة على جانب المنزل. يمكنهم أيضًا المرور عبر مفتاح فصل الخدمة الخارجية ، والذي يتطلبه الكود الكهربائي الوطني (NEC) اعتبارًا من عام 2023 ولكن قد لا تتوفر في المنازل القديمة.

يوضح ويليامسون: "تتطلب NEC الآن مفتاح فصل خارجي في حالات الطوارئ لأول المستجيبين ، ولكن من الخارج يمكن لـ Service Disconnect (فصل الخدمة) أن يلبي قاعدتين للرمز في نفس الوقت: فهو بمثابة فصل في حالات الطوارئ والخدمة قطع الاتصال. يمكن للمستجيبين الأوائل للطوارئ استخدام مفتاح الفصل الخارجي لقطع الكهرباء عن المنزل قبل الدخول ".

توجد لوحة الخدمة الرئيسية في الداخل ، وعادة ما تكون في الطابق السفلي أو غرفة المرافق أو المرآب. تأتي الأسلاك من خلال الحائط وتدخل من خلال الجزء العلوي أو السفلي من اللوحة. يتصل كل سلك بقاطع دائرة رئيسي ثم بقضبان ناقل نحاسية أو سبيكة ، والتي تم تصميمها لتتوافق مع قواطع الدائرة. ال القواطع ما عليك سوى "التوصيل" بأشرطة ناقل اللوحة.

يمكن أيضًا استخدام قاطع التيار الرئيسي ، كما يتم تسميته غالبًا ، كقاطع رئيسي في المنازل التي تسبق عام 2023. إنه مصمم لفتح الرحلة وإيقافها عندما يتجاوز الحمل الحالي تصنيفها. بالنسبة للبناء الجديد ، تتطلب NEC تصنيفًا بحد أدنى 100 أمبير للوحدة السكنية ، ولكن قد تحتاج المنازل الكبيرة إلى خدمة 200 أمبير أو أكثر.

داخل اللوحة

العامل الماهر في الأسرة

يُعرف القضيبان النحاسيان أو السبائكيان باسم "قضبان التوصيل الساخنة" ، والجهد الكهربائي بينهما 240 فولت. إلى جانب ذلك ، هناك نوعان من القضبان الطرفية الأخرى ، الشريط المحايد وقضيب تأريض المعدات.

الشريط الطرفي المحايد

عادةً ما يكون الشريط الطرفي المحايد مطليًا بالنيكل وله لون فضي يميزه عن نحاس قضبان الحافلات الساخنة. تنتهي الأسلاك البيضاء المحايدة للدوائر الفرعية بجهد 120 فولت على الشريط الطرفي المحايد والذي بدوره يتصل بالمحول بواسطة سلك مدخل خدمة محايد أبيض. يوفر هذا طريقة للكهرباء الصادرة من أي من الحافلات الساخنة للعودة إلى المحول وتشكيل دائرة كاملة.

شريط تأريض المعدات

تحتوي معظم اللوحات على قضيب طرفي إضافي يتصل مباشرة بالأرض (الأرض) ، غالبًا عن طريق قضيب أرضي مطروح في الأرض خارج المنزل مباشرةً ، ولكن لدى NEC عدة خيارات هذه "أقطاب التأريض". يمكنهم الاتصال بأنابيب خدمة المياه المعدنية البلدية تحت الأرض التي تزود المنزل أو - في البناء الجديد - إلى حديد التسليح في خرسانة المنزل قدم.

تحتوي جميع كبلات الدائرة الفرعية في المنزل على سلك تأريض مكشوف (أو أخضر) للمعدات يتصل بشريط طرفي هذا. يوفر موصل التأريض مسارًا مباشرًا منخفض المقاومة لتيار العطل الأرضي إلى اللوحة الكهربائية ، حيث ينفخ فتيلًا أو يقطع قاطع الدائرة. يعمل موصل التأريض بشكل مستمر عبر الدائرة ، متصلاً بكل وعاء ومفتاح إضاءة وتثبيت وكل صندوق كهربائي معدني.

قواطع دوائر ودوائر فرعية

كل الدائرة الأسلاك التي تغذي الأجهزة الكهربائية في المنزل ، مثل المصابيح والأوعية والأجهزة ، تنشأ في لوحة الخدمة الرئيسية. على الرغم من وجود استثناءات ، إلا أن كبلات الدائرة بها سلك أبيض يتصل بالشريط المحايد ، وهو سلك أرضي مكشوف أو أخضر يتصل بشريط التأريض وسلك واحد أو اثنين من الأسلاك الساخنة (أسود و / أو أحمر) ، اعتمادًا على ما إذا كانت الدائرة تعمل عند 120 أو 240 فولت.

بدلاً من الاتصال مباشرة بالحافلة الساخنة ، يتصل السلك الساخن لكل دائرة فرعية بدائرة قواطع يقوم برحلات وقطع التيار الكهربائي إلى الدائرة عندما يتجاوز السحب الحالي تصنيفها. عادةً ما يتم تصنيف القواطع أحادية القطب التي تتحكم في دوائر 120 فولت بـ 15 أو 20 أمبير ، وكل واحدة تستقر في فتحة تربطها تلقائيًا بأحد قضبان الناقل. يجب أن تتلامس القواطع ثنائية القطب لدوائر 240 فولت مع كلا قضبان الحافلة.

يتم إخفاء جميع أسلاك اللوحة بواسطة باب - وخلفه - غطاء أمامي مسدود يثبّت في مقدمة اللوحة ويترك قواطع الدائرة فقط مكشوفة. تم تصميم حاوية اللوحة المعدنية لاحتواء أي انحناء أو شرر عرضي ، وتمنع الأشخاص من غرز أيديهم وأصابعهم في مكان لا ينتمون إليه. تشير الملصقات أو فهرس اللوحة الموجود على الباب أو الغطاء إلى الدائرة في المنزل التي يتحكم بها كل قاطع.

يعمل كريس دزيل في تجارة البناء منذ أكثر من 30 عامًا. ساعد في بناء مدينة صغيرة في صحراء أوريغون من الألف إلى الياء وساعد في إنشاء شركتين لتنسيق الحدائق. عمل نجاراً وسباكاً ومُجدداً للأثاث. يكتب Deziel مقالات DIY منذ عام 2010 وعمل كمستشار عبر الإنترنت ، وكان آخرها مع خدمة Pro Referral التابعة لـ Home Depot. تم نشر أعماله في Landlordology و Apartments.com و Hunker. قام Deziel أيضًا بنشر محتوى علمي وهو موسيقي متحمس.