Jak działa układ elektryczny

Minęło ponad 100 lat, odkąd uruchomiono pierwszą elektrownię prądu przemiennego przy wodospadzie Niagara. Od tego czasu sieć elektryczna zmieniła Stany Zjednoczone, a ostatecznie świat. Wieże z przewodami wysokiego napięcia i słupami energetycznymi, które dostarczają energię elektryczną do domów i firm, dominują w krajobrazie każdego rozwiniętego kraju. Każdy region ma własną firmę energetyczną, która zajmuje się konserwacją i naprawą sieci.

Każdy dom ma jednak własną instalację elektryczną, a gdy pojawią się tam problemy, zakład energetyczny ich nie naprawi. Aby wiedzieć, do kogo zadzwonić, gdy pojawią się problemy, właściciele domów muszą zrozumieć, gdzie kończy się odpowiedzialność firmy energetycznej i zaczyna się ich — a także zrozumienie, w jaki sposób energia dostaje się do domu i jest rozprowadzana po wszystkich obwody.

Elektryczność jest fascynująca, ale

systemy elektryczne mogą być skomplikowane, a wyjaśnienia dotyczące ich działania mogą ugrzęznąć w szczegółach technicznych. Ten opis (oczami budowniczego, a nie elektryka) stara się uprościć wszystko, jak to tylko możliwe.

Rola transformatora liniowego

Rodzinna złota rączka

Niezależnie od generatorów energii słonecznej, sieci elektryczne w krajach rozwiniętych są w dużej mierze zasilane przez turbiny parowe, wodne lub wiatrowe. Turbiny te wytwarzają prąd przemienny (AC) — który zmienia kierunek 60 razy na sekundę (60 Hertz lub 60 Hz). słupy.

Pomyśl o napięciu jako o sile, która napędza elektryczność przez przewody. Napięcie musi być bardzo wysokie (rzędu kilkuset tysięcy woltów), aby transmisja na duże odległości była wydajna i przy jak najniższych kosztach. To napięcie jest zbyt wysokie do praktycznego zastosowania, więc transformator liniowy musi obniżyć napięcie (zmniejszyć je) do wartości użytkowej.

Jeśli spojrzysz na słup energetyczny, zauważysz duży metalowy cylinder u góry. To jest transformator liniowy, który obniża napięcie do około 120/240 woltów do użytku domowego. To standardowe napięcie dostarczane do domów jedno- i dwurodzinnych w Ameryce Północnej. Inne konfiguracje napięcia są stosowane w budynkach komercyjnych i przemysłowych.

W wielu obszarach, mówi główny elektryk John Williamson, lokalny system dystrybucji mediów jest zakopany pod ziemią, więc transformatory sieciowe znajdują się w znanych zielonych skrzynkach montowanych na podkładkach, które można zobaczyć w niektórych budynkach mieszkalnych dzielnice.

„Operatorzy regionalnych sieci elektroenergetycznych pracują niestrudzenie i cicho przez całą dobę, aby mieć pewność, że napięcie i częstotliwość 60 Hz w sieci są stabilne i spójne”, mówi. „To jest coś, co wszyscy uważamy za oczywiste”.

Od transformatora do miernika

Typowy spadek usług napowietrznych, który biegnie od transformatora do domu, prowadzi przez trzy przewody: dwa przewody gorące i jeden przewód neutralny. Zmierzone napięcie wynosi 240 woltów od gorącego do gorącego i 120 woltów między przewodem neutralnym a każdym gorącym przewodem. Tę samą podstawową konfigurację trzech izolowanych przewodów można znaleźć w instalacjach podziemnych.

Najpierw przechodzą przez głowicę pogodową, która jest odcinkiem przewodu mocno przymocowanego do dachu lub bocznicy z otworem typu „gęsia szyja”, który zapobiega przedostawaniu się deszczu. Następnie następnym przystankiem dla przewodów wejściowych do serwisu jest licznik elektryczny, który zwykle jest przymocowany z boku domu tuż pod głowicą pogodową. Przewody łączą się z zaciskami liniowymi licznika, co pozwala miernikowi monitorować przepływ prądu do domu.

Większość dzisiejszych liczników to inteligentne liczniki, które automatycznie przekazują te informacje do zakładu energetycznego za pośrednictwem bezprzewodowych sygnałów radiowych. Eliminuje to konieczność odwiedzania każdego domu przez czytniki liczników mediów. Szklany licznik watogodzin należy do zakładu energetycznego, ale obudowa gniazda licznika i wszystkie elementy instalacji elektrycznej lokalu, które są po niej, należą do właściciela domu.

Od Miernika do Panelu Serwisowego

Z zacisków Load, które znajdują się po przeciwnej stronie licznika niż zaciski Line, przewody serwisowe przechodzą następnie do głównego panelu serwisowego. Zanim tam dotrą, zwykle muszą przejść przez ścianę. W tym momencie zwykle do boku domu przymocowana jest skrzynka przyłączeniowa lub łącznik kablowy (ze zdejmowaną pokrywą). Mogłyby również przejść przez zewnętrzny wyłącznik serwisowy, którego wymaga National Electrical Code (NEC) od 2023 r., Ale starsze domy mogą nie mieć.

„NEC wymaga teraz zewnętrznego wyłącznika awaryjnego dla osób udzielających pierwszej pomocy”, wyjaśnia Williamson, „ale zewnętrznego Service Disconnect może jednocześnie spełniać dwie zasady kodeksowe: służy zarówno jako Emergency Disconnect, jak i jako Service Rozłączyć się. Osoby udzielające pierwszej pomocy mogą użyć zewnętrznego wyłącznika, aby odciąć zasilanie w domu przed wejściem”.

Główny panel serwisowy znajduje się w pomieszczeniu, zwykle w piwnicy, pomieszczeniu gospodarczym lub garażu. Przewody przechodzą przez ścianę i wchodzą przez górną lub dolną część panelu. Każdy przewód łączy się z głównym wyłącznikiem automatycznym, a następnie z miedzianymi lub aluminiowymi szynami zbiorczymi, które są przeznaczone do współpracy z wyłącznikami automatycznymi. The wyłączniki automatyczne po prostu „podłącz” do szyn zbiorczych panelu.

Wyłącznik GŁÓWNY, jak jest często oznaczany, może być również używany jako główny wyłącznik w domach sprzed 2023 r. Został zaprojektowany tak, aby otwierał się i wyłączał, gdy bieżące obciążenie przekroczy jego wartość znamionową. W przypadku nowej konstrukcji NEC wymaga minimalnej wartości znamionowej 100 amperów dla jednostki mieszkalnej, ale większe domy mogą wymagać 200 amperów lub więcej.

Wewnątrz Panelu

Rodzinna złota rączka

Dwie miedziane lub stopowe szyny zbiorcze są znane jako „gorące szyny zbiorcze”, a napięcie między nimi wynosi 240 woltów. Poza tym są jeszcze dwie inne listwy zaciskowe, listwa neutralna i listwa uziemiająca urządzenia.

Neutralna listwa zaciskowa

Neutralna listwa zaciskowa jest zwykle niklowana i ma srebrne zabarwienie, aby odróżnić ją od innych miedź gorące bary autobusowe. Białe przewody neutralne dla obwodów odgałęzionych 120 V kończą się na neutralnej listwie zaciskowej, która z kolei jest połączona z transformatorem białym neutralnym przewodem wejściowym. Zapewnia to możliwość powrotu energii elektrycznej pochodzącej z jednej z gorących szyn do transformatora i utworzenia pełnego obwodu.

Listwa uziemiająca sprzęt

Większość paneli ma dodatkową listwę zaciskową, która łączy się bezpośrednio z uziemieniem, często za pomocą pręta uziemiającego wbitego w ziemię tuż obok domu, ale NEC ma kilka opcji te „elektrody uziemiające”. Mogą być podłączone do podziemnych miejskich metalowych rur wodociągowych, które zaopatrują dom lub — w nowym budownictwie — do stali zbrojeniowej w betonie domu stopy fundamentowe.

Wszystkie kable obwodów odgałęzionych w domu mają goły (lub zielony) przewód uziemiający sprzęt, który łączy się z tą listwą zaciskową. Przewód uziemiający zapewnia bezpośrednią ścieżkę o niskiej rezystancji dla prądu ziemnozwarciowego z powrotem do panelu elektrycznego, gdzie powoduje przepalenie bezpiecznika lub wyłączenie wyłącznika automatycznego. Przewód uziemiający biegnie w sposób ciągły przez obwód, łącząc się z każdym gniazdem, włącznikiem światła i osprzętem oraz każdą metalową skrzynką elektryczną.

Wyłączniki automatyczne i obwody odgałęzione

Cały obwód przewody które zasilają urządzenia elektryczne w domu, takie jak oświetlenie, gniazdka i urządzenia, pochodzą z głównego panelu serwisowego. Chociaż istnieją wyjątki, kable obwodów mają biały przewód, który łączy się z listwą neutralną, goły lub zielony przewód uziemiający, który łączy się z listwą uziemiającą i jednym lub dwoma przewodami pod napięciem (czarnym i/lub czerwonym), w zależności od tego, czy obwód działa przy 120 czy 240 wolty

Zamiast podłączać bezpośrednio do gorącej szyny, gorący przewód dla każdego obwodu odgałęzionego łączy się z obwodem przerywacz który wyłącza i odcina zasilanie obwodu, gdy pobór prądu przekracza jego wartość znamionową. Jednobiegunowe wyłączniki sterujące obwodami 120-woltowymi są zwykle oceniane na 15 lub 20 amperów, a każdy z nich zatrzaskuje się w gnieździe, które automatycznie łączy go z jedną z szyn zbiorczych. Wyłączniki dwubiegunowe dla obwodów 240 V muszą stykać się z obydwoma szynami zbiorczymi.

Całe okablowanie panelu jest ukryte za drzwiami, a za nimi przednia pokrywa, która przykręcana jest do przedniej części panelu i pozostawia odsłonięte tylko wyłączniki automatyczne. Obudowa z metalowego panelu została zaprojektowana tak, aby zapobiegać przypadkowym wyładowaniom łukowym lub iskrzeniu i zapobiega wtykaniu rąk i palców w nieodpowiednie miejsca. Etykiety lub indeks panelu na drzwiach lub pokrywie wskazują, który obwód w domu kontroluje każdy wyłącznik.

Chris Deziel działa w branży budowlanej od ponad 30 lat. Pomógł zbudować od podstaw małe miasto na pustyni w Oregonie i pomógł założyć dwie firmy zajmujące się architekturą krajobrazu. Pracował jako stolarz, hydraulik i lakiernik mebli. Deziel pisze artykuły dla majsterkowiczów od 2010 roku i pracował jako konsultant online, ostatnio w usłudze Pro Referral Home Depot. Jego prace zostały opublikowane w Landlordology, Apartments.com i Hunker. Deziel publikował również treści naukowe i jest zapalonym muzykiem.