Как работает электрическая система

Прошло более 100 лет с тех пор, как первая электростанция переменного тока на Ниагарском водопаде была введена в эксплуатацию. С тех пор Соединенные Штаты и, в конечном счете, мир были преобразованы электрической сетью. Башни, несущие высоковольтные провода и опоры электропередач, которые распределяют электричество по домам и предприятиям, доминируют в ландшафте каждой развитой страны. В каждом регионе есть своя энергокомпания, которая занимается обслуживанием и ремонтом сети.

Однако в каждом доме есть собственная электрическая система, и когда там возникают проблемы, энергетическая компания не будет их устранять. Чтобы знать, кому звонить в случае возникновения проблем, домовладельцы должны понимать, где заканчивается ответственность энергокомпании. и начинается их, а также понимание того, как власть попадает в дом и распределяется по всем схемы.

Электричество завораживает, но

электрические системы могут быть сложными, а объяснения того, как они работают, могут увязнуть в технических деталях. Это описание (с точки зрения строителя, а не электрика) пытается сделать все максимально простым.

Роль линейного трансформатора

Семейный Разнорабочий

Несмотря на солнечные генераторы, электрические сети в развитых странах в основном питаются от пара, воды или ветряных турбин. Эти турбины производят переменный ток (AC), который меняет направление 60 раз в секунду (60 Гц или 60 Гц.) в Северной Америке — и передавать его по линиям электропередачи, поддерживаемым гигантскими башнями и электростанциями. столбы.

Думайте о напряжении как о силе, которая продвигает электричество по проводам. Напряжение должно быть очень высоким (порядка нескольких сотен тысяч вольт), чтобы обеспечить эффективную передачу на большие расстояния и с минимально возможными затратами. Это напряжение слишком велико для практического использования, поэтому линейный трансформатор должен понизить напряжение (уменьшить его) до полезного значения.

Если вы посмотрите на опору электропередач, вы заметите большой металлический цилиндр наверху. Это линейный трансформатор, и он понижает напряжение примерно до 120/240 вольт для бытового использования. Это стандартное напряжение, подаваемое в дома на одну и две семьи в Северной Америке. Другие конфигурации напряжения используются для коммерческих и промышленных зданий.

Во многих районах, говорит главный электрик Джон Уильямсон, местная система распределения коммунальных услуг похоронена. под землей, поэтому трансформаторы для коммунальных сетей находятся в знакомых зеленых коробках, установленных на подушках, которые вы видите в некоторых жилых домах. окрестности.

«Региональные операторы электросетей неустанно и бесшумно работают круглосуточно, чтобы убедиться, что напряжение и частота 60 Гц в сети стабильны и постоянны», — говорит он. «Это то, что мы все принимаем как должное».

От трансформатора к счетчику

Типичное ответвление воздушной линии, идущее от трансформатора к дому, несет три провода: два горячих провода и один нейтральный провод. Измеренное напряжение составляет 240 вольт от горячего к горячему и 120 вольт между нейтралью и каждым горячим проводом. Вы найдете ту же базовую конфигурацию из трех изолированных проводов в подземных установках.

Во-первых, они проходят через напор, который представляет собой отрезок трубопровода, прочно прикрепленный к крыше или сайдингу с отверстием в виде гусиной шеи для защиты от дождя. Затем следующей остановкой служебно-подъездных проводов является электросчетчик, который обычно крепится сбоку дома прямо под козырьком. Провода подключаются к клеммам Line счетчика, что позволяет счетчику контролировать подачу тока в дом.

Большинство счетчиков сегодня являются интеллектуальными счетчиками и автоматически передают эту информацию энергетической компании через беспроводные радиосигналы. Это избавляет от необходимости посещения каждого дома считывателями счетчиков коммунальных услуг. Стеклянный счетчик электроэнергии принадлежит энергокомпании, а корпус розетки счетчика и все элементы электросистемы помещения, которые идут после него, принадлежат домовладельцу.

От счетчика к сервисной панели

От клемм нагрузки, которые находятся на противоположной стороне счетчика от клемм линии, служебно-входные провода затем идут на главный сервисный щит. Прежде чем попасть туда, им обычно приходится пройти сквозь стену. В этот момент обычно к стене дома прикрепляется распределительная коробка или кабелепровод (со съемной крышкой). Они также могут проходить через внешний разъединитель, который требуется Национальным электротехническим кодексом (NEC) с 2023 года, но в старых домах может не быть.

«Теперь NEC требует внешнего аварийного выключателя для служб экстренного реагирования, — объясняет Уильямсон, — но внешний Сервисное отключение может одновременно удовлетворять двум правилам кода: оно служит как аварийным отключением, так и сервисным. Отключить. Аварийные службы экстренного реагирования могут использовать внешний выключатель, чтобы отключить электричество в доме перед входом».

Главный служебный щит находится в помещении, обычно в подвале, подсобном помещении или гараже. Провода проходят через стену и входят через верхнюю или нижнюю часть панели. Каждый провод соединяется с главным автоматическим выключателем, а затем с шинами из меди или сплава, которые предназначены для сопряжения с автоматическими выключателями. Автоматические выключатели просто «подключите» к шинам панели.

ГЛАВНЫЙ выключатель, как его часто называют, также может использоваться в качестве главного разъединителя в домах, построенных до 2023 года. Он предназначен для размыкания и отключения, когда текущая нагрузка превышает его номинал. Для нового строительства NEC требует минимального номинала 100 ампер для жилой единицы, но для больших домов может потребоваться 200 ампер или более.

Внутри панели

Семейный Разнорабочий

Две шины из меди или сплава известны как «горячие шины», и напряжение между ними составляет 240 вольт. Помимо них, есть еще две клеммные шины, нейтральная шина и шина заземления оборудования.

Нейтральная клеммная колодка

Нейтральная клеммная шина обычно никелирована и имеет серебристую окраску, чтобы отличить ее от медь горячие автобусы. Белые нейтральные провода ответвленных цепей на 120 В заканчиваются на клеммной колодке нейтрали, которая, в свою очередь, соединяется с трансформатором белым нейтральным служебно-входным проводом. Это дает возможность электричеству, поступающему от любой из горячих шин, вернуться к трансформатору и сформировать полную цепь.

Шина заземления оборудования

Большинство панелей имеют дополнительную клеммную колодку, которая соединяется непосредственно с землей (заземлением), часто с помощью заземляющего стержня, вбитого в землю сразу за пределами дома, но у NEC есть несколько вариантов для этого. эти «заземляющие электроды». Они могут подключаться к подземным водопроводным металлическим трубам, которые снабжают дом, или — в новом строительстве — к арматуре в бетоне дома. опоры.

Все кабели ответвления в доме имеют оголенный (или зеленый) провод заземления оборудования, который подключается к этой клеммной колодке. Заземляющий провод обеспечивает прямой низкоомный путь для тока замыкания на землю обратно в электрический щит, где он перегорает предохранитель или отключает автоматический выключатель. Заземляющий проводник непрерывно проходит через цепь, подключаясь к каждой розетке, выключателю света и светильнику, а также к каждой металлической электрической коробке.

Автоматические выключатели и ответвительные цепи

Вся схема провода которые питают электрические устройства в доме, такие как светильники, розетки и бытовые приборы, берут начало в главном сервисном щитке. Хотя есть исключения, кабели цепи имеют белый провод, который соединяется с нулевой шиной, а оголенный или зеленый провод заземления, который соединяется с заземляющей шиной и одним или двумя горячими проводами (черным и/или красным), в зависимости от того, работает ли цепь на 120 или 240 вольт.

Вместо того, чтобы подключаться непосредственно к горячей шине, горячий провод для каждой ответвленной цепи подключается к цепи. выключатель который срабатывает и отключает питание цепи, когда потребляемый ток превышает его номинал. Однополюсные выключатели, управляющие 120-вольтовыми цепями, обычно рассчитаны на 15 или 20 ампер, и каждый из них вставляется в гнездо, которое автоматически подключает его к одной из шин. Двухполюсные выключатели для цепей 240 В должны контактировать с обеими шинами.

Вся проводка панели скрыта дверью, а за ней — глухой передней крышкой, которая привинчивается к передней части панели и оставляет открытыми только автоматические выключатели. Корпус из металлической панели предназначен для защиты от случайного искрения или искрообразования, а также не позволяет людям совать руки и пальцы туда, куда им не следует. Этикетки или указатель панели на двери или крышке указывают, какую цепь в доме контролирует каждый выключатель.

Крис Дезиэль работает в сфере строительства более 30 лет. Он помог построить небольшой город в пустыне Орегона с нуля и помог основать две компании по ландшафтному дизайну. Работал плотником, сантехником, мебельщиком. Дезиэль пишет статьи о «сделай сам» с 2010 года и работал онлайн-консультантом, в последнее время — в службе Pro Referral компании Home Depot. Его работы были опубликованы на Landlordology, Apartments.com и Hunker. Дезиэль также публикует научные материалы и является заядлым музыкантом.