Hvordan et elektrisk system fungerer

Det er mer enn 100 år siden den første vekselstrømstasjonen ved Niagara Falls kom på nett. Siden den gang har USA og til slutt verden blitt transformert av det elektriske nettet. Tårn som bærer høyspentledninger og strømstolper som distribuerer elektrisitet til hjem og bedrifter dominerer landskapet i alle utviklede land. Hver region har sitt eget kraftselskap for å vedlikeholde og reparere nettverket.

Hvert hjem har imidlertid sitt eget elektriske system, og når det oppstår problemer der, vil ikke kraftselskapet fikse dem. For å vite hvem de skal ringe når problemer oppstår, må huseiere forstå hvor kraftselskapets ansvar slutter og deres begynner – så vel som en forståelse av hvordan makt kommer inn i hjemmet og distribueres gjennom alle kretser.

Elektrisitet er fascinerende, men elektriske systemer kan være kompliserte, og forklaringer om hvordan de fungerer kan sette seg fast i tekniske detaljer. Denne beskrivelsen (gjennom øynene til en byggherre, ikke en elektriker) prøver å holde ting så enkelt som mulig.

Linjetransformatorens rolle

Familien Handyman

Til tross for solenergigeneratorer blir de elektriske nettene i utviklede land i stor grad matet av damp-, vann- eller vinddrevne turbiner. Disse turbinene produserer vekselstrøm (AC) - som endrer retning 60 ganger per sekund (60 Hertz eller 60 Hz.) i Nord-Amerika — og mate den gjennom overføringslinjer støttet av gigantiske tårn og kraft poler.

Tenk på spenning som kraften som driver elektrisitet gjennom ledninger. Spenningen må være svært høy (i størrelsesorden flere hundre tusen volt) for å muliggjøre overføring over lange avstander effektivt og til lavest mulig kostnad. Denne spenningen er for høy for praktisk bruk, så en linjetransformator må trappe ned spenningen (redusere den) til en brukbar verdi.

Hvis du ser på en strømstang, vil du se en stor metallsylinder på toppen. Det er linjetransformatoren, og den trapper spenningen ned til omtrent 120/240 -volt for husholdningsbruk. Det er standardspenningen som leveres til en- og tofamiliehus i Nord-Amerika. Andre spenningskonfigurasjoner brukes for kommersielle og industrielle bygninger.

I mange områder, sier elektrikermester John Williamson, er det lokale distribusjonssystemet begravd under bakken, så brukstransformatorene er i de velkjente padmonterte grønne boksene du ser i noen boliger nabolag.

"De regionale strømnettoperatørene jobber utrettelig og stille døgnet rundt for å sikre at spenningen og 60-Hz-frekvensen til nettet er stabil og konsistent," sier han. – Dette er noe vi alle tar for gitt.

Fra transformatoren til måleren

Det typiske overhead servicefallet som går fra transformatoren til hjemmet bærer tre ledninger: to varme ledninger og en nøytral ledning. Den målte spenningen er 240 volt fra varm til varm, og 120 volt mellom nøytral og hver varm ledning. Du finner den samme grunnleggende konfigurasjonen av tre isolerte ledninger i underjordiske installasjoner.

Først passerer de gjennom værhodet, som er en rørlengde som er godt festet til taket eller sidespor med en gåsehalsåpning for å holde regn ute. Deretter er neste stopp for ledningene til serviceinngangen den elektriske måleren, som vanligvis er festet på siden av huset rett under værhodet. Ledningene kobles til målerens Line-terminaler, som lar måleren overvåke strømmen til huset.

De fleste målere i dag er smarte målere og videresender automatisk denne informasjonen til kraftselskapet via trådløse radiosignaler. Dette eliminerer behovet for målerlesere for å besøke alle hjem. Wattimetelleren i glass tilhører kraftselskapet, men måleruttaket og alle komponenter i lokalets elektriske system som kommer etter den tilhører huseieren.

Fra måleren til servicepanelet

Fra belastningsterminalene, som er på motsatt side av måleren fra linjeterminalene, går ledningene til serviceinngangen til hovedservicepanelet. Før de kommer dit, må de vanligvis gjennom en vegg. På det tidspunktet er det vanligvis en koblingsboks eller rørkobling (med et avtagbart deksel) festet til siden av huset. De kan også gå gjennom en utvendig servicefrakoblingsbryter, som National Electrical Code (NEC) krever fra 2023, men eldre hus har kanskje ikke.

"NEC krever nå en utvendig nødbryter for førstehjelp," forklarer Williamson, "men en utvendig Service Disconnect kan tilfredsstille to koderegler samtidig: den fungerer både som en nødkobling og tjenesten Koble fra. Beredskapspersonell kan bruke den utvendige frakoblingsbryteren for å kutte strømmen til huset før de går inn.»

Hovedservicepanelet er innendørs, vanligvis i kjelleren, et vaskerom eller en garasje. Ledningene kommer gjennom veggen og går inn gjennom toppen eller bunnen av panelet. Hver ledning kobles til en hovedstrømbryter og deretter til kobber- eller legeringsskinner, som er designet for å passe sammen med strømbrytere. De effektbrytere bare "plugg til" panelets samleskinner.

HOVEDbryteren, som den ofte er merket, kan også brukes som hovedfrakobling i boliger fra før 2023. Den er designet for å åpne og slå seg av når gjeldende belastning overskrider dens klassifisering. For nybygg krever NEC en minimumsvurdering på 100 ampere for en boligenhet, men større boliger kan trenge 200 ampere service eller mer.

Inne i panelet

Familien Handyman

De to kobber- eller legeringsskinnene er kjent som "hot bus bars", og spenningen mellom dem er 240 volt. I tillegg til disse, er det to andre terminal barer, den nøytrale baren og utstyrets jordingsbar.

Den nøytrale terminalstangen

Den nøytrale terminalstangen er vanligvis nikkelbelagt og har en sølvfarge for å skille den fra kobber varme bussbarer. De hvite nøytrale ledningene for 120-volts forgreningskretser ender på den nøytrale terminalstangen som igjen kobles til transformatoren med en hvit nøytral serviceinngangsledning. Dette gir en måte for elektrisitet som kommer fra en av de varme bussene å returnere til transformatoren og danne en komplett krets.

Utstyrets jordingsstang

De fleste paneler har en ekstra klemmestang som kobles direkte til jord (jord), ofte ved hjelp av en jordstang som bankes ned i bakken like utenfor boligen, men NEC har flere muligheter for disse "jordingselektrodene". De kan kobles til de underjordiske kommunale vannforsyningsrørene i metall som forsyner huset eller – i nybygg – til armeringsstål i boligens betong fotfester.

Alle grenkretskablene i hjemmet har en bar (eller grønn) utstyrsjordledning som kobles til denne klemmestangen. Jordingslederen gir en direkte lavmotstandsbane for jordfeilstrøm tilbake til det elektriske panelet, hvor det slår en sikring eller slår ut en strømbryter. Jordingslederen går kontinuerlig gjennom kretsen og kobles til hver stikkontakt, lysbryter og armatur og hver elektriske metallboks.

Strømbrytere og grenkretser

Alle kretser ledninger som mater elektriske enheter i hjemmet, som lys, stikkontakter og apparater, kommer fra hovedservicepanelet. Selv om det finnes unntak, har kretskabler en hvit ledning som kobles til nøytralstangen, en bar eller grønn jordledning som kobles til jordingsstangen og en eller to varme ledninger (svarte og/eller røde), avhengig av om kretsen fungerer på 120 eller 240 volt.

I stedet for å koble direkte til den varme bussen, kobles den varme ledningen for hver grenkrets til en krets bryter som slår ut og kutter strømmen til kretsen når strømtrekket overstiger dens klassifisering. Enpolet brytere som styrer 120-volts kretser er vanligvis vurdert til 15 eller 20 ampere, og hver enkelt klikker inn i et spor som automatisk kobler den til en av samleskinnene. To-polet brytere for 240-volts kretser må kontakte begge samleskinnene.

Alle panelledningene er skjult av en dør og - bak den - et deksel med dødfront som skrus på fronten av panelet og etterlater bare effektbryterne synlige. Metallpanelkabinettet er designet for å inneholde utilsiktede lysbuer eller gnister, og det hindrer folk i å stikke hendene og fingrene der de ikke hører hjemme. Etiketter eller en panelindeks på døren eller dekselet indikerer hvilken krets i huset hver bryter styrer.

Chris Deziel har vært aktiv i byggebransjen i mer enn 30 år. Han var med på å bygge en liten by i Oregon-ørkenen fra grunnen av og var med på å etablere to landskapsarbeidsselskaper. Han har jobbet som snekker, rørlegger og møbellakkerer. Deziel har skrevet DIY-artikler siden 2010 og har jobbet som nettkonsulent, sist med Home Depots Pro Referral-tjeneste. Arbeidene hans har blitt publisert på Landlordology, Apartments.com og Hunker. Deziel har også publisert vitenskapelig innhold og er en ivrig musiker.