Come funziona un impianto elettrico

Sono passati più di 100 anni da quando è entrata in funzione la prima centrale elettrica a corrente alternata alle Cascate del Niagara. Da allora, gli Stati Uniti e infine il mondo sono stati trasformati dalla rete elettrica. Le torri che trasportano cavi ad alta tensione e pali della corrente che distribuiscono elettricità a case e aziende dominano il paesaggio in ogni paese sviluppato. Ogni regione ha la propria compagnia elettrica per mantenere e riparare la rete.

Ogni casa ha il proprio impianto elettrico, tuttavia, e quando si verificano problemi lì, la compagnia elettrica non li risolve. Per sapere chi chiamare in caso di problemi, i proprietari di casa devono capire dove finisce la responsabilità della compagnia elettrica e il loro inizia, così come la comprensione di come il potere entra in casa e viene distribuito in tutto il circuiti.

L'elettricità è affascinante, ma impianti elettrici può essere complicato e le spiegazioni su come funzionano possono impantanarsi in tecnicismi. Questa descrizione (attraverso gli occhi di un costruttore, non di un elettricista) cerca di mantenere le cose il più semplici possibile.

Il ruolo del trasformatore di linea

Tuttofare di famiglia

Nonostante i generatori di energia solare, le reti elettriche nei paesi sviluppati sono in gran parte alimentate da turbine a vapore, ad acqua o eoliche. Queste turbine producono corrente alternata (AC) - che cambia direzione 60 volte al secondo (60 Hertz o 60 Hz.) in Nord America e alimentarlo attraverso linee di trasmissione supportate da gigantesche torri e potenza poli.

Pensa alla tensione come alla forza che spinge l'elettricità attraverso i fili. La tensione deve essere molto elevata (dell'ordine di diverse centinaia di migliaia di volt) per consentire la trasmissione su lunghe distanze in modo efficiente e al minor costo possibile. Questa tensione è troppo alta per l'uso pratico, quindi un trasformatore di linea deve abbassare la tensione (diminuirla) a un valore utilizzabile.

Se guardi un palo della corrente, vedrai un grande cilindro di metallo in cima. Questo è il trasformatore di linea e riduce la tensione a circa 120/240 volt per uso domestico. Questa è la tensione standard fornita alle case unifamiliari e bifamiliari in Nord America. Altre configurazioni di tensione sono utilizzate per edifici commerciali e industriali.

In molte aree, dice il maestro elettricista John Williamson, il sistema di distribuzione locale è interrato sottoterra, quindi i trasformatori delle utenze si trovano nelle familiari scatole verdi montate su pad che si vedono in alcune abitazioni quartieri.

"Gli operatori della rete elettrica regionale lavorano instancabilmente e silenziosamente 24 ore su 24 per assicurarsi che la tensione e la frequenza di 60 Hz della rete siano stabili e costanti", afferma. "Questo è qualcosa che tutti diamo per scontato."

Dal trasformatore al contatore

La tipica discesa di servizio aerea che va dal trasformatore alla casa trasporta tre fili: due fili caldi e un filo neutro. La tensione misurata è di 240 volt da caldo a caldo e 120 volt tra il neutro e ciascun filo caldo. Trovi la stessa configurazione di base di tre fili isolati nelle installazioni interrate.

In primo luogo, passano attraverso la cappa meteorologica, che è una lunghezza di condotto saldamente fissata al tetto o un raccordo con un'apertura a collo d'oca per tenere fuori la pioggia. Quindi la fermata successiva per i cavi di ingresso di servizio è il contatore elettrico, che di solito è attaccato al lato della casa appena sotto il battente meteorologico. I fili si collegano ai terminali di linea del misuratore, che consente al misuratore di monitorare il flusso di corrente verso la casa.

La maggior parte dei contatori oggi sono contatori intelligenti e trasmettono automaticamente queste informazioni alla compagnia elettrica tramite segnali radio wireless. Ciò elimina la necessità per i lettori di contatori di utilità di visitare ogni casa. Il contatore di wattora di vetro appartiene all'azienda elettrica, ma l'involucro della presa del contatore e tutti i componenti dell'impianto elettrico dei locali che vengono dopo di esso appartengono al proprietario della casa.

Dal contatore al quadro di servizio

Dai morsetti di Carico, che si trovano sul lato opposto del contatore rispetto ai morsetti di Linea, i fili di ingresso-servizio vanno poi al quadro servizi principale. Prima di arrivarci, in genere devono passare attraverso un muro. A quel punto, di solito c'è una scatola di giunzione o un raccordo per condotto (con coperchio rimovibile) attaccato al lato della casa. Potrebbero anche passare attraverso un interruttore di disconnessione del servizio esterno, che il National Electrical Code (NEC) richiede a partire dal 2023, ma le case più vecchie potrebbero non avere.

“Il NEC ora richiede un interruttore di disconnessione di emergenza esterno per i primi soccorritori”, spiega Williamson, “ma un esterno Service Disconnect può soddisfare due regole di codice contemporaneamente: funge sia da Disconnessione di emergenza che da Servizio Disconnetti. I primi soccorritori di emergenza possono utilizzare l'interruttore di disconnessione esterno per interrompere l'alimentazione alla casa prima di entrare.

Il quadro di servizio principale si trova all'interno, solitamente nel seminterrato, in un ripostiglio o in un garage. I fili passano attraverso il muro ed entrano attraverso la parte superiore o inferiore del pannello. Ogni filo si collega a un interruttore automatico principale e quindi a barre collettrici in rame o lega, progettate per accoppiarsi con interruttori automatici. IL interruttori semplicemente "collegare" le sbarre collettrici del pannello.

L'interruttore MAIN, come viene spesso etichettato, può essere utilizzato anche come disconnessione principale nelle case precedenti al 2023. È progettato per aprirsi e spegnersi quando il carico di corrente supera il suo valore nominale. Per le nuove costruzioni, il NEC richiede un valore nominale minimo di 100 ampere per un'unità abitativa, ma le case più grandi potrebbero richiedere un servizio di 200 ampere o più.

All'interno del Pannello

Tuttofare di famiglia

Le due barre collettrici in rame o lega sono note come "barre collettrici calde" e la tensione tra di esse è di 240 volt. Oltre a queste sono presenti altre due barre terminali, la barra del neutro e la barra di messa a terra delle apparecchiature.

La barra terminale neutra

La barra terminale neutra è solitamente nichelata e ha una colorazione argento per distinguerla dalla rame bar caldi dell'autobus. I fili neutri bianchi per i circuiti derivati ​​da 120 volt terminano sulla barra terminale neutra che, a sua volta, si collega al trasformatore tramite un filo neutro bianco di ingresso del servizio. Ciò fornisce un modo per l'elettricità proveniente da entrambi i bus caldi per tornare al trasformatore e formare un circuito completo.

La barra di messa a terra dell'apparecchiatura

La maggior parte dei pannelli ha una barra terminale aggiuntiva che si collega direttamente alla terra (massa), spesso per mezzo di un picchetto di terra piantato nel terreno appena fuori casa, ma il NEC ha diverse opzioni per questi "elettrodi di messa a terra". Possono collegarsi alle tubature metalliche sotterranee del servizio idrico municipale che alimentano la casa o, nelle nuove costruzioni, all'armatura in acciaio nel cemento della casa basamenti.

Tutti i cavi del circuito derivato in casa hanno un filo di messa a terra dell'apparecchiatura nudo (o verde) che si collega a questa barra terminale. Il conduttore di messa a terra fornisce un percorso diretto a bassa resistenza per la corrente di guasto verso terra fino al quadro elettrico, dove brucia un fusibile o fa scattare un interruttore automatico. Il conduttore di messa a terra scorre continuamente attraverso il circuito, collegandosi a ogni presa, interruttore della luce e dispositivo e ogni scatola elettrica metallica.

Interruttori automatici e circuiti derivati

Tutto il circuito fili che alimentano i dispositivi elettrici della casa, come luci, prese ed elettrodomestici, hanno origine nel quadro di servizio principale. Sebbene ci siano eccezioni, i cavi del circuito hanno un filo bianco che si collega alla barra neutra, un filo di terra nudo o verde che si collega alla barra di messa a terra e a uno o due fili caldi (nero e/o rosso), a seconda che il circuito funzioni a 120 o 240 volt.

Invece di collegarsi direttamente all'hot bus, il filo caldo per ogni circuito derivato si collega a un circuito interruttore che scatta e interrompe l'alimentazione al circuito quando l'assorbimento di corrente supera il suo valore nominale. Gli interruttori unipolari che controllano i circuiti a 120 volt sono generalmente classificati per 15 o 20 ampere e ognuno si inserisce in uno slot che lo collega automaticamente a una delle sbarre collettrici. Gli interruttori bipolari per circuiti a 240 volt devono contattare entrambe le sbarre collettrici.

Tutto il cablaggio del pannello è nascosto da una porta e, dietro di essa, un coperchio cieco che si avvita sulla parte anteriore del pannello e lascia scoperti solo gli interruttori automatici. L'involucro del pannello metallico è progettato per contenere eventuali archi o scintille accidentali e impedisce alle persone di infilare le mani e le dita dove non dovrebbero. Le etichette o un indice del pannello sulla porta o sul coperchio indicano quale circuito della casa controlla ciascun interruttore.

Chris Deziel è attivo nel settore edile da oltre 30 anni. Ha contribuito a costruire da zero una piccola città nel deserto dell'Oregon e ha contribuito a fondare due società di architettura paesaggistica. Ha lavorato come falegname, idraulico e rifinitore di mobili. Deziel scrive articoli fai-da-te dal 2010 e ha lavorato come consulente online, più recentemente con il servizio Pro Referral di Home Depot. Il suo lavoro è stato pubblicato su Landlordology, Apartments.com e Hunker. Deziel ha anche pubblicato contenuti scientifici ed è un appassionato musicista.