Comment fonctionne un système électrique

Cela fait plus de 100 ans que la première centrale électrique à courant alternatif de Niagara Falls a été mise en service. Depuis lors, les États-Unis et éventuellement le monde ont été transformés par le réseau électrique. Les pylônes transportant des câbles à haute tension et des poteaux électriques qui distribuent l'électricité aux foyers et aux entreprises dominent le paysage dans tous les pays développés. Chaque région a sa propre compagnie d'électricité pour entretenir et réparer le réseau.

Cependant, chaque maison a son propre système électrique et lorsque des problèmes surviennent, la compagnie d'électricité ne les résout pas. Pour savoir qui appeler en cas de problème, les propriétaires doivent comprendre où s'arrête la responsabilité de la compagnie d'électricité et le leur commence - ainsi qu'une compréhension de la façon dont le pouvoir pénètre dans la maison et est distribué à travers tous les circuits.

L'électricité est fascinante, mais systèmes électriques peuvent être compliqués et les explications sur leur fonctionnement peuvent s'enliser dans des détails techniques. Cette description (à travers les yeux d'un constructeur, pas d'un électricien) essaie de garder les choses aussi simples que possible.

Le rôle du transformateur de ligne

Bricoleur familial

Nonobstant les générateurs d'énergie solaire, les réseaux électriques des pays développés sont en grande partie alimentés par des turbines à vapeur, à eau ou éoliennes. Ces turbines produisent du courant alternatif (AC) — qui change de direction 60 fois par seconde (60 Hertz ou 60 Hz.) en Amérique du Nord - et l'alimentent par des lignes de transmission soutenues par des tours géantes et des poteaux.

Considérez la tension comme la force qui propulse l'électricité à travers les fils. La tension doit être très élevée (de l'ordre de plusieurs centaines de milliers de volts) pour permettre une transmission efficace sur de longues distances et au moindre coût possible. Cette tension est trop élevée pour une utilisation pratique, donc un transformateur de ligne doit abaisser la tension (la diminuer) à une valeur utilisable.

Si vous regardez un poteau électrique, vous apercevrez un grand cylindre métallique en haut. C'est le transformateur de ligne, et il abaisse la tension à environ 120/240 volts pour un usage domestique. C'est la tension standard fournie aux maisons unifamiliales et bifamiliales en Amérique du Nord. D'autres configurations de tension sont utilisées pour les bâtiments commerciaux et industriels.

Dans de nombreuses régions, dit le maître électricien John Williamson, le système de distribution des services publics locaux est enterré sous terre, de sorte que les transformateurs utilitaires se trouvent dans les boîtes vertes familières montées sur socle que vous voyez dans certaines résidences quartiers.

« Les opérateurs du réseau électrique régional travaillent sans relâche et en silence 24 heures sur 24 pour s'assurer que la tension et la fréquence de 60 Hz du réseau sont stables et cohérentes », dit-il. "C'est quelque chose que nous tenons tous pour acquis."

Du transformateur au compteur

La chute de service aérienne typique qui va du transformateur à la maison comporte trois fils: deux fils chauds et un fil neutre. La tension mesurée est de 240 volts de chaud à chaud et de 120 volts entre le neutre et chaque fil chaud. Vous retrouvez la même configuration de base de trois fils isolés dans les installations souterraines.

Tout d'abord, ils traversent la tête d'intempéries, qui est une longueur de conduit solidement fixée au toit ou au revêtement avec une ouverture en col de cygne pour empêcher la pluie d'entrer. Ensuite, le prochain arrêt pour les fils d'entrée de service est le compteur électrique, qui est généralement fixé sur le côté de la maison juste sous la tête météo. Les fils se connectent aux bornes de ligne du compteur, ce qui permet au compteur de surveiller le flux de courant vers la maison.

Aujourd'hui, la plupart des compteurs sont des compteurs intelligents et transmettent automatiquement ces informations à la compagnie d'électricité via des signaux radio sans fil. Cela élimine la nécessité pour les lecteurs de compteurs de se rendre dans chaque maison. Le wattheuremètre en verre appartient à la compagnie d'électricité, mais le boîtier de la prise de compteur et tous les composants du système électrique des locaux qui viennent après appartiennent au propriétaire.

Du compteur au panneau de service

À partir des bornes de charge, qui se trouvent du côté opposé du compteur aux bornes de ligne, les fils d'entrée de service vont ensuite au panneau de service principal. Avant d'y arriver, ils doivent généralement traverser un mur. À ce stade, il y a généralement une boîte de jonction ou un raccord de conduit (avec un couvercle amovible) fixé sur le côté de la maison. Ils pourraient également passer par un interrupteur de déconnexion de service extérieur, ce que le Code national de l'électricité (NEC) exige à partir de 2023, mais les maisons plus anciennes peuvent ne pas en avoir.

"Le NEC exige désormais un interrupteur d'arrêt d'urgence extérieur pour les premiers intervenants", explique Williamson, "mais un extérieur La déconnexion de service peut satisfaire à deux règles de code en même temps: elle sert à la fois de déconnexion d'urgence et de service. Déconnectez-vous. Les premiers intervenants d'urgence peuvent utiliser le sectionneur extérieur pour couper l'alimentation de la maison avant d'entrer.

Le panneau de service principal est à l'intérieur, généralement au sous-sol, dans une buanderie ou un garage. Les fils traversent le mur et entrent par le haut ou le bas du panneau. Chaque fil se connecte à un disjoncteur principal, puis à des barres omnibus en cuivre ou en alliage, conçues pour s'accoupler avec des disjoncteurs. Le disjoncteurs simplement « brancher » sur les barres omnibus du panneau.

Le disjoncteur PRINCIPAL, comme il est souvent étiqueté, peut également être utilisé comme sectionneur principal dans les maisons antérieures à 2023. Il est conçu pour s'ouvrir et s'éteindre lorsque la charge actuelle dépasse sa valeur nominale. Pour les nouvelles constructions, le NEC exige une puissance minimale de 100 ampères pour un logement, mais les grandes maisons peuvent nécessiter un service de 200 ampères ou plus.

À l'intérieur du panneau

Bricoleur familial

Les deux barres omnibus en cuivre ou en alliage sont appelées « barres omnibus chaudes », et la tension entre elles est de 240 volts. En plus de celles-ci, il existe deux autres barres terminales, la barre neutre et la barre de mise à la terre de l'équipement.

La barre de borne neutre

La barrette de borne neutre est généralement nickelée et a une coloration argentée pour la distinguer de la cuivre barres de bus chaudes. Les fils neutres blancs pour les circuits de dérivation de 120 volts se terminent sur la barre à bornes neutre qui, à son tour, se connecte au transformateur par un fil d'entrée de service neutre blanc. Cela permet à l'électricité provenant de l'un ou l'autre des bus chauds de retourner au transformateur et de former un circuit complet.

La barre de mise à la terre de l'équipement

La plupart des panneaux ont une borne supplémentaire qui se connecte directement à la terre (masse), souvent au moyen d'une tige de terre enfoncée dans le sol juste à l'extérieur de la maison, mais le NEC a plusieurs options pour ces « électrodes de mise à la terre ». Ils peuvent se connecter aux tuyaux de service d'eau souterrains municipaux en métal qui alimentent la maison ou - dans les nouvelles constructions - à l'acier d'armature dans le béton de la maison semelles.

Tous les câbles de circuit de dérivation de la maison ont un fil de mise à la terre d'équipement nu (ou vert) qui se connecte à cette barre à bornes. Le conducteur de mise à la terre fournit un chemin direct à faible résistance pour le courant de défaut à la terre vers le panneau électrique, où il fait sauter un fusible ou déclenche un disjoncteur. Le conducteur de mise à la terre traverse en permanence le circuit, se connectant à chaque prise, interrupteur et luminaire et à chaque boîtier électrique en métal.

Disjoncteurs et circuits de dérivation

Tous circuits fils qui alimentent les appareils électriques de la maison, tels que les lumières, les prises et les appareils, proviennent du panneau de service principal. Bien qu'il y ait des exceptions, les câbles de circuit ont un fil blanc qui se connecte à la barre neutre, un fil de terre nu ou vert qui se connecte à la barre de masse et à un ou deux fils chauds (noir et/ou rouge), selon que le circuit fonctionne à 120 ou 240 volts.

Au lieu de se connecter directement au bus chaud, le fil chaud de chaque circuit de dérivation se connecte à un circuit briseur qui se déclenche et coupe l'alimentation du circuit lorsque la consommation de courant dépasse sa valeur nominale. Les disjoncteurs unipolaires qui contrôlent les circuits de 120 volts sont généralement conçus pour 15 ou 20 ampères, et chacun s'enclenche dans une fente qui le connecte automatiquement à l'une des barres omnibus. Les disjoncteurs bipolaires pour les circuits de 240 volts doivent entrer en contact avec les deux barres omnibus.

Tout le câblage du panneau est caché par une porte et - derrière elle - un couvercle à face morte qui se visse sur l'avant du panneau et ne laisse que les disjoncteurs exposés. Le boîtier du panneau métallique est conçu pour contenir tout arc ou étincelle accidentel, et il empêche les gens de coller leurs mains et leurs doigts là où ils n'appartiennent pas. Des étiquettes ou un index de panneau sur la porte ou le couvercle indiquent quel circuit de la maison chaque disjoncteur contrôle.

Chris Deziel est actif dans les métiers du bâtiment depuis plus de 30 ans. Il a aidé à construire une petite ville dans le désert de l'Oregon à partir de zéro et a aidé à établir deux entreprises d'aménagement paysager. Il a travaillé comme menuisier, plombier et rénovateur de meubles. Deziel écrit des articles de bricolage depuis 2010 et a travaillé comme consultant en ligne, plus récemment avec le service Pro Referral de Home Depot. Son travail a été publié sur Landlordology, Apartments.com et Hunker. Deziel a également publié du contenu scientifique et est un musicien passionné.