Hoe een elektrisch systeem werkt

Het is meer dan 100 jaar geleden dat de eerste wisselstroomcentrale bij Niagara Falls online kwam. Sindsdien zijn de Verenigde Staten en uiteindelijk de wereld getransformeerd door het elektriciteitsnet. Torens met hoogspanningsdraden en elektriciteitspalen die elektriciteit naar huizen en bedrijven distribueren, domineren het landschap in elk ontwikkeld land. Elke regio heeft zijn eigen energiebedrijf om het netwerk te onderhouden en te repareren.

Elk huis heeft echter zijn eigen elektrische systeem en als daar problemen optreden, lost het energiebedrijf ze niet op. Om te weten wie ze moeten bellen als zich problemen voordoen, moeten huiseigenaren begrijpen waar de verantwoordelijkheid van het energiebedrijf eindigt en die van hen begint - evenals een begrip van hoe stroom het huis binnenkomt en door het hele huis wordt verspreid circuits.

Elektriciteit is fascinerend, maar

Elektrische systemen kunnen ingewikkeld zijn, en uitleg over hoe ze werken kan verstrikt raken in technische details. Deze beschrijving (door de ogen van een bouwer, niet door een elektricien) probeert de zaken zo eenvoudig mogelijk te houden.

De rol van de lijntransformator

Familie klusjesman

Ondanks generatoren op zonne-energie worden de elektriciteitsnetten in ontwikkelde landen grotendeels gevoed door stoom-, water- of windturbines. Deze turbines produceren wisselstroom (AC) - die 60 keer per seconde van richting verandert (60 Hertz of 60 Hz.) in Noord-Amerika - en voer het door transmissielijnen die worden ondersteund door gigantische torens en stroom palen.

Beschouw spanning als de kracht die elektriciteit door draden voortstuwt. De spanning moet zeer hoog zijn (in de orde van enkele honderdduizenden volt) om de transmissie over lange afstanden efficiënt en tegen de laagst mogelijke kosten mogelijk te maken. Deze spanning is te hoog voor praktisch gebruik, dus een lijntransformator moet de spanning verlagen (verlagen) tot een bruikbare waarde.

Als je naar een elektriciteitspaal kijkt, zie je bovenaan een grote metalen cilinder. Dat is de lijntransformator en deze verlaagt de spanning tot ongeveer 120/240 volt voor huishoudelijk gebruik. Dat is de standaardspanning die wordt geleverd aan een- en tweegezinswoningen in Noord-Amerika. Andere spanningsconfiguraties worden gebruikt voor commerciële en industriële gebouwen.

In veel gebieden, zegt hoofdelektricien John Williamson, is het lokale distributiesysteem voor nutsvoorzieningen begraven ondergronds, dus de transformatoren van nutsvoorzieningen bevinden zich in de bekende op een pad gemonteerde groene dozen die je in sommige woningen ziet buurten.

"De regionale elektriciteitsnetbeheerders werken de klok rond onvermoeibaar en geruisloos om ervoor te zorgen dat de spanning en de 60 Hz-frequentie van het net stabiel en consistent zijn", zegt hij. "Dit is iets dat we allemaal als vanzelfsprekend beschouwen."

Van de transformator tot de meter

De typische overheadservicedaling die van de transformator naar het huis loopt, heeft drie draden: twee hete draden en één neutrale draad. De gemeten spanning is 240 volt van heet naar heet, en 120 volt tussen de nulleider en elke hete draad. Je vindt dezelfde basisconfiguratie van drie geïsoleerde draden in ondergrondse installaties.

Eerst gaan ze door de weerkop, een stuk buis dat stevig aan het dak is bevestigd of met een opening met zwanenhals om regen buiten te houden. Dan is de volgende halte voor de service-ingangsdraden de elektriciteitsmeter, die meestal aan de zijkant van het huis is bevestigd, net onder de weerkop. De draden worden aangesloten op de lijnaansluitingen van de meter, waardoor de meter de stroom naar het huis kan bewaken.

De meeste meters zijn tegenwoordig slimme meters en geven deze informatie automatisch door aan het energiebedrijf via draadloze radiosignalen. Dit elimineert de noodzaak voor meteropnemers van nutsbedrijven om elk huis te bezoeken. De glazen wattuurmeter is van het energiebedrijf, maar de behuizing van de meterkast en alle componenten van het elektrische systeem van het pand die daarna komen, zijn van de huiseigenaar.

Van de meter tot het servicepaneel

Vanaf de Load-terminals, die zich aan de andere kant van de meter bevinden dan de Line-terminals, gaan de service-ingangsdraden vervolgens naar het hoofdservicepaneel. Voordat ze daar aankomen, moeten ze meestal door een muur. Op dat moment is er meestal een aansluitdoos of leidingfitting (met een afneembaar deksel) aan de zijkant van het huis bevestigd. Ze kunnen ook door een externe service-ontkoppelingsschakelaar gaan, wat de National Electrical Code (NEC) vereist vanaf 2023, maar oudere huizen hebben dat misschien niet.

"De NEC vereist nu een noodstopschakelaar aan de buitenkant voor eerstehulpverleners", legt Williamson uit, "maar een buitenkant Service Disconnect kan tegelijkertijd aan twee coderegels voldoen: het dient zowel als een Emergency Disconnect als de Service Loskoppelen. Eerstehulpverleners kunnen de buitenschakelaar gebruiken om de stroom naar het huis af te sluiten voordat ze naar binnen gaan.”

Het hoofdservicepaneel bevindt zich binnenshuis, meestal in de kelder, een bijkeuken of een garage. De draden komen door de muur en komen via de boven- of onderkant van het paneel binnen. Elke draad wordt aangesloten op een hoofdstroomonderbreker en vervolgens op koperen of gelegeerde stroomrails, die zijn ontworpen om te passen bij stroomonderbrekers. De stroomonderbrekers gewoon "pluggen" op de stroomrails van het paneel.

De HOOFDonderbreker, zoals deze vaak wordt genoemd, kan ook worden gebruikt als hoofdschakelaar in huizen van vóór 2023. Het is ontworpen om open te schakelen en uit te schakelen wanneer de huidige belasting de nominale waarde overschrijdt. Voor nieuwbouw vereist de NEC een minimumvermogen van 100 ampère voor een wooneenheid, maar grotere huizen hebben mogelijk een service van 200 ampère of meer nodig.

Binnen het paneel

Familie klusjesman

De twee busbars van koper of legering staan ​​​​bekend als de "hot busbars" en de spanning daartussen is 240 volt. Daarnaast zijn er nog twee andere aansluitklemmen, de neutrale balk en de aardingsbalk van de apparatuur.

De neutrale terminalbalk

De neutrale aansluitstrip is meestal vernikkeld en heeft een zilveren kleur om hem te onderscheiden van de koper hete busbars. De witte neutrale draden voor 120-volt vertakte circuits eindigen op de neutrale aansluitbalk die op zijn beurt wordt aangesloten op de transformator door een witte neutrale service-ingangsdraad. Dit biedt een manier voor elektriciteit die afkomstig is van beide hot-bussen om terug te keren naar de transformator en een compleet circuit te vormen.

De aardingsbalk van de apparatuur

De meeste panelen hebben een extra klemmenstrook die rechtstreeks op de aarde (grond) wordt aangesloten, vaak door middel van een aardpen die net buiten de woning in de grond wordt geslagen, maar de NEC heeft verschillende opties voor deze "aardelektroden". Ze kunnen worden aangesloten op de ondergrondse gemeentelijke metalen waterleidingen die het huis van water voorzien of - bij nieuwbouw - op wapeningsstaal in het beton van het huis funderingen.

Alle vertakte circuitkabels in huis hebben een kale (of groene) apparatuuraardingsdraad die op deze klemmenstrook wordt aangesloten. De aardgeleider biedt een direct pad met lage weerstand voor aardlekstroom terug naar het elektrische paneel, waar een zekering doorbrandt of een stroomonderbreker wordt geactiveerd. De aardgeleider loopt continu door het circuit en is verbonden met elk stopcontact, lichtschakelaar en armatuur en elke metalen elektriciteitskast.

Stroomonderbrekers en aftakcircuits

Alle circuits draden die elektrische apparaten in huis voeden, zoals lampen, stopcontacten en apparaten, vinden hun oorsprong in het hoofdservicepaneel. Hoewel er uitzonderingen zijn, hebben circuitkabels een witte draad die wordt aangesloten op de neutrale balk, een kale of groene aardedraad die wordt aangesloten op de aardingsbalk en een of twee hete draden (zwart en/of rood), afhankelijk van of het circuit werkt op 120 of 240 volt.

In plaats van rechtstreeks op de hotbus aan te sluiten, maakt de hotwire voor elk vertakt circuit verbinding met een circuit breker die uitschakelt en de stroom naar het circuit onderbreekt wanneer de stroomopname de nominale waarde overschrijdt. Eenpolige onderbrekers die 120-volt-circuits besturen, hebben meestal een vermogen van 15 of 20 ampère, en elk klikt in een sleuf die hem automatisch verbindt met een van de stroomrails. Tweepolige onderbrekers voor 240 volt circuits moeten contact maken met beide busbars.

Alle paneelbedrading is verborgen door een deur en - daarachter - een doodlopende afdekking die op de voorkant van het paneel wordt geschroefd en alleen de stroomonderbrekers zichtbaar laat. De metalen paneelbehuizing is ontworpen om eventuele vonken of vonken te voorkomen en voorkomt dat mensen hun handen en vingers steken waar ze niet thuishoren. Labels of een paneelindex op de deur of het deksel geven aan welk circuit in huis elke stroomonderbreker bedient.

Chris Deziel is al meer dan 30 jaar actief in de bouw. Hij hielp een kleine stad in de woestijn van Oregon van de grond af op te bouwen en hielp bij het opzetten van twee landschapsarchitectuurbedrijven. Hij heeft gewerkt als timmerman, loodgieter en meubelmaker. Deziel schrijft sinds 2010 doe-het-zelfartikelen en heeft als online consultant gewerkt, meest recentelijk met de Pro Referral-service van Home Depot. Zijn werk is gepubliceerd op Landlordology, Apartments.com en Hunker. Deziel heeft ook wetenschappelijke inhoud gepubliceerd en is een fervent muzikant.