Как работи една електрическа система

Изминаха повече от 100 години, откакто първата електроцентрала за променлив ток на Ниагарския водопад влезе в експлоатация. Оттогава Съединените щати и в крайна сметка светът бяха трансформирани от електрическата мрежа. Кули, пренасящи високоволтови проводници и електрически стълбове, които разпределят електричество до домове и фирми, доминират пейзажа във всяка развита страна. Всеки регион има собствена енергийна компания, която поддържа и ремонтира мрежата.

Всеки дом обаче има собствена електрическа система и когато там възникнат проблеми, енергийната компания няма да ги поправи. За да знаят на кого да се обадят, когато възникнат проблеми, собствениците на жилища трябва да разберат къде свършва отговорността на енергийната компания и тяхното започва - както и разбиране за това как силата влиза в дома и се разпределя през всички вериги.

Електричеството е очарователно, но

електрически системи могат да бъдат сложни и обясненията за това как работят могат да потънат в технически подробности. Това описание (през очите на строител, а не на електротехник) се опитва да запази нещата възможно най-прости.

Ролята на линейния трансформатор

Семеен майстор

Независимо от генераторите на слънчева енергия, електрическите мрежи в развитите страни се захранват до голяма степен от парни, водни или вятърни турбини. Тези турбини произвеждат променлив ток (AC), който променя посоката си 60 пъти в секунда (60 херца или 60 Hz.) в Северна Америка - и го захранвайте чрез преносни линии, поддържани от гигантски кули и мощност полюси.

Мислете за напрежението като за силата, която задвижва електричеството през проводниците. Напрежението трябва да е много високо (от порядъка на няколкостотин хиляди волта), за да се позволи ефективно предаване на дълги разстояния и на възможно най-ниска цена. Това напрежение е твърде високо за практическа употреба, така че мрежовият трансформатор трябва да намали напрежението (да го намали) до използваема стойност.

Ако погледнете електрически стълб, ще забележите голям метален цилиндър на върха. Това е линейният трансформатор и той намалява напрежението до приблизително 120/240 волта за домашна употреба. Това е стандартното напрежение, доставяно на едно- и двуфамилни къщи в Северна Америка. Други конфигурации на напрежение се използват за търговски и промишлени сгради.

В много райони, казва главният електротехник Джон Уилямсън, местната разпределителна система е заровена под земята, така че помощните трансформатори са в познатите зелени кутии, монтирани на подложки, които виждате в някои жилищни квартали.

„Регионалните оператори на електроенергийната мрежа работят неуморно и безшумно денонощно, за да се уверят, че напрежението и честотата от 60 Hz на мрежата са стабилни и постоянни“, казва той. „Това е нещо, което всички приемаме за даденост.“

От трансформатора до измервателния уред

Типичният въздушен капак, който минава от трансформатора до дома, носи три проводника: два горещи проводника и един неутрален проводник. Измереното напрежение е 240 волта от горещ до горещ и 120 волта между неутралния и всеки горещ проводник. Ще намерите същата основна конфигурация от три изолирани проводника в подземни инсталации.

Първо, те преминават през метеорологичната глава, която е дължина на тръбопровод, здраво закрепен към покрива или обшивката с отвор с гъша шия, за да предпазва от дъжд. След това следващата спирка за кабелите за сервизния вход е електромерът, който обикновено е прикрепен отстрани на къщата точно под метеорологичната глава. Проводниците се свързват към линейните клеми на измервателния уред, което позволява на измервателния уред да наблюдава потока на ток към къщата.

Повечето измервателни уреди днес са интелигентни измервателни уреди и автоматично предават тази информация на енергийната компания чрез безжични радиосигнали. Това елиминира необходимостта от четци на електромери да посещават всеки дом. Стъкленият брояч за ватчасове принадлежи на енергийната компания, но корпусът на гнездото на измервателния уред и всички компоненти на електрическата система на помещението, които идват след него, принадлежат на собственика на жилището.

От измервателния уред до сервизния панел

От клемите за натоварване, които са от противоположната страна на измервателния уред спрямо клемите за линията, проводниците за вход за обслужване отиват към главния сервизен панел. Преди да стигнат там, те обикновено трябва да преминат през стена. В този момент обикновено има съединителна кутия или тръбопровод (с подвижен капак), прикрепен отстрани на къщата. Те биха могли също така да преминат през външен прекъсвач за обслужване, който се изисква от Националния електрически кодекс (NEC) от 2023 г., но по-старите къщи може да нямат.

„Сега NEC изисква външен превключвател за аварийно изключване за лицата, реагиращи първи“, обяснява Уилямсън, „но външен Изключването на услугата може да удовлетвори две кодови правила едновременно: служи едновременно като Аварийно изключване и услугата Прекъснете връзката. Аварийните служби за първа помощ могат да използват външния превключвател, за да спрат захранването на къщата, преди да влязат.

Основният обслужващ панел е на закрито, обикновено в сутерена, сервизно помещение или гараж. Проводниците минават през стената и влизат през горната или долната част на панела. Всеки проводник се свързва към главен прекъсвач и след това към шини от мед или сплав, които са проектирани да се свързват с прекъсвачи. The верижни прекъсвачи просто „включете“ шините на панела.

Главният прекъсвач, както често е етикетиран, може да се използва и като основен прекъсвач в домове преди 2023 г. Той е проектиран да се отваря и изключва, когато текущото натоварване надвиши номиналната стойност. За ново строителство NEC изисква минимален рейтинг от 100 ампера за жилищна единица, но по-големите домове може да се нуждаят от услуга от 200 ампера или повече.

Вътре в панела

Семеен майстор

Двете шини от мед или сплав са известни като „горещи шини“ и напрежението между тях е 240 волта. Освен тях има две други клемни шини, неутралната шина и заземителната шина на оборудването.

Неутралната клемна лента

Неутралната клемна лента обикновено е никелирана и има сребристо оцветяване, за да се различи от мед горещи автобусни барове. Белите неутрални проводници за 120-волтови разклонителни вериги завършват на неутралната клемна лента, която от своя страна се свързва към трансформатора чрез бял неутрален проводник за вход на услугата. Това осигурява начин електричеството, произхождащо от горещата шина, да се върне към трансформатора и да образува пълна верига.

Шината за заземяване на оборудването

Повечето панели имат допълнителна клемна лента, която се свързва директно към земята (заземяване), често с помощта на заземяващ прът, забит в земята точно извън дома, но NEC има няколко опции за тези „заземяващи електроди“. Те могат да се свържат към подземните общински метални водопроводни тръби, които захранват къщата или — при ново строителство — към армировъчна стомана в бетона на дома опори.

Всички кабели на разклонителната верига в дома имат оголен (или зелен) заземяващ проводник на оборудването, който се свързва към тази клемна лента. Заземителният проводник осигурява директен път с ниско съпротивление за тока на заземяване обратно към електрическия панел, където изгоря предпазител или задейства прекъсвача. Заземителният проводник преминава непрекъснато през веригата, свързвайки се с всеки съд, превключвател за светлина и приспособление и всяка метална електрическа кутия.

Прекъсвачи и разклонителни вериги

Всички вериги жици които захранват електрически устройства в дома, като осветление, контакти и уреди, произхождат от главния сервизен панел. Въпреки че има изключения, верижните кабели имат бял проводник, който се свързва към неутралната шина, гол или зелен заземяващ проводник, който свързва се към заземителната шина и един или два горещи проводника (черни и/или червени), в зависимост от това дали веригата работи на 120 или 240 волта.

Вместо да се свързва директно към горещата шина, горещият проводник за всяка разклонена верига се свързва към верига прекъсвач който изключва и прекъсва захранването на веригата, когато потреблението на ток надвиши номиналната стойност. Еднополюсните прекъсвачи, които управляват 120-волтови вериги, обикновено са оценени за 15 или 20 ампера и всеки един щраква в слот, който автоматично го свързва към една от шините. Двуполюсните прекъсвачи за 240-волтови вериги трябва да контактуват с двете шини.

Цялото окабеляване на панела е скрито от врата и — зад нея — защитен преден капак, който се завинтва върху предната част на панела и оставя открити само прекъсвачите. Корпусът на металния панел е проектиран така, че да не допуска случайно образуване на дъга или искрене и не позволява на хората да пъхнат ръцете и пръстите си там, където не им е мястото. Етикети или индекс на панела на вратата или капака показват коя верига в къщата контролира всеки прекъсвач.

Крис Дезиел е активен в областта на строителството повече от 30 години. Той помогна за изграждането на малък град в пустинята Орегон от нулата и помогна за създаването на две компании за озеленяване. Работил е като дърводелец, водопроводчик и ремонтьор на мебели. Дезиел пише статии „Направи си сам“ от 2010 г. и е работил като онлайн консултант, последно с услугата Pro Referral на Home Depot. Работата му е публикувана в Landlordology, Apartments.com и Hunker. Дезиел също е публикувал научно съдържание и е запален музикант.