Як надходить живлення
Від трансформатора до вашого щитка
Живлення початків на трансформаторі енергетичної компанії: встановленому на стовпі для надземних ліній, розташованому на платформі для підземних. Трансформатор знижує напругу від розподільчих рівнів (зазвичай 7200V або вище) до 240V для однофазного побутового живлення.
Повітряні провідники (накладні провідники) або підземні кабелі (підземні провідники) проходять від трансформатора до приладу для вимірювання встановленого на будинку. Лічильник вимірює споживання. Позаду лічильника вхідні провідники живлення проходять до головного вимикача: майже завжди до головного автоматичного вимикача всередині розподільного щитка (щитка автоматичних вимикачів).
Критична точка безпеки: Вхідні провідники живлення всі час знаходяться під напругою. Вони проходять від трансформатора енергетичної компанії через лічильник і підключаються до верхніх клем головного вимикача (сторона живлення). Вимкнення головного вимикача відключає все, що знаходиться нижче: але провідники над головним вимикачем залишаються під напругою. Тільки енергетична компанія може знеструмити їх, вийнявши лічильник або переключивши трансформатор.
Енергетична компанія подає два фазних провідники (L1 і L2) плюс нульовий провідник. Кожен фазний провідник має напругу 120V відносно нульового провідника. Два фазних провідники зміщені один щодо одного на 180 градусів, тому напруга від L1 до L2 становить 240V: використовується для приладів із великим енергоспоживанням, таких як електричні плити, сушарки і кондиціонери.
Нульово-заземлюючий зв'язок: У побутовому живленні нульовий провідник і система заземлення поєднуються разом рівно в одній точці: у головному перемикачі служби (головному щитку). Це з'єднання виконується за допомогою головного зв'язувального провідника: часто зеленого гвинта в нульовій шині. Допоміжні щитки не повинні поєднуватися: більше про це в розділі про устрій щитка.
Устрій щитка
Всередині розподільного щитка
Стандартний розподільний щиток містить такі основні компоненти:
Головний вимикач: двополюсний вимикач у верхній частині, зазвичай розраховуний на 100A, 150A або 200A. Він відключає всі гілки ланцюгів при спрацюванні або вимкненні. Як зазначалося, він не відключає вхідні провідники живлення над ним.
Шини: два металічні провідники (B1 та B2) біжать вертикально вниз по щитку, по одному для кожної фази. Гілкові вимикачі кріпляться на ці провідники. Слоти чергуються по фазах вниз по кожному стовпцю: слот 1 — L1, слот 2 — L2, слот 3 — L1 і так далі. Це чергуючий рисунок означає, що двополюсний вимикач, що охоплює два сусідніх слоти, підключається до обох L1 і L2, забезпечуючи 240V.
Однополюсні вимикачі займають один слот, підключаються до однієї фази і подають 120V ланцюги.
Двополюсні вимикачі охоплюють два сусідніх слота, підключаються до обох фаз і подають 240V ланцюги (або 120/240V для багатопровідних гілок ланцюгів).
Нульова шина: срібна шина, де припиняються всі нульові (білі) провідники. У головному щитку живлення ця шина поєднується з корпусом і із системою заземлення за допомогою головного зв'язувального провідника.
Шина заземлення: де припиняються всі захисні провідники (оголені або зелені). У головному щитку нульові та заземлюючі шини поєднуються разом: це єдиний дозволений пункт з'єднання.
Рейтинг шини мав бути рівний або перевищувати рейтинг головного вимикача. 200A щиток потребує шин, розраховуних на 200A. Встановлення головного вимикача на 200A у щитку, розрахованому на 100A, — це порушення кодексу.
Типи вимикачів
Різноманітність вимикачів
Не всі вимикачі працюють однаково. Знання типів — істотний для дотримання кодексу та розв'язання проблем.
Стандартний термомагнітний вимикач: робочий кінь. Використовує два механізми спрацювання: біметалічну смужку, яка вигинається при тривалому нагріванні (захист від перевантаження) і електромагнітну котушку, яка спрацьовує майже миттєво при короткому замиканні або високому силі струму. Термічний елемент допускає тимчасові перевантаження (пускові сплески двигуна). Магнітний елемент реагує за мілісекунди на несправності.
AFCI (дугоже захист): виявляє сигнатури дуги в електричній формі хвилі. Дугування виникає, коли дроти пошкоджені, з'єднання розслаблені або ізоляція пробита. Дуга, яка не витягує достатньо струму для спрацювання стандартного вимикача, все ще може займати ізоляцію. AFCI вимикачі мають кнопку тестування і нейтральний відвід, який підключається до нульової шини.
GFCI вимикач: виявляє дисбаланс струму на 5mA або більше між гарячим та нульовим провідниками. Якщо струм залишає гарячу лінію, але не повністю повертається на нульову лінію, деяка його частина тече через невмисну стежку: можливо, через людину. Вимикач спрацьовує приблизно за 25 мілісекунд. Захищає весь ланцюг, на відміну від розетки GFCI, яка захищає лише підключені пристрої.
Спарені вимикачі: два однополюсних вимикачі, що ділять один слот. Корисно, коли щиток переповнений. Не всі щитки приймають спарені вимикачі: перевірте CTL (обмеження загального обігу) щитка і схвалений список вимикачів на внутрішній стороні дверей щитка. Встановлення невизначеного спареного вимикача — це порушення кодексу.
CAFCI (комбінований дугоже захист): виявляє як паралельні дуги (гаряча-до-нульова або гаряча-до-земля), так і послідовні дуги (розрив гарячого або нульового провідника). ПУЕ 2020 вимагає CAFCI в більшості побутових місць. Стандартний AFCI виявляв лише паралельні дуги.
Розмір вимикачів та провідників
Марка дроту та захист від перевантаження
Найважливіше правило в роботі щитка: вимикач захищає дріт, а не пристрій. Вимикач мусить бути розміру, який відповідає марці дроту, який він захищає. Якщо його зробити занадто великим, дріт може перегрітися і почати вогонь, перш ніж вимикач помітить щось неправильне.
Стандартні пари силового струму (ПУЕ 310.15, мідь, 60°C або 75°C закінчення):
| Марка дроту | Силовой струм | Правильний вимикач |
|---|---|---|
| 14 AWG | 15A | максимум 15A |
| 12 AWG | 20A | максимум 20A |
| 10 AWG | 30A | максимум 30A |
| 8 AWG | 40A | максимум 40A |
| 6 AWG | 55A | максимум 60A |
Правило 80% для постійних навантажень (ПУЕ 210.20): Будь-який ланцюг, який буде нести навантаження протягом 3 або більше безперервних годин, не повинен перевищувати 80% номіналу вимикача. Вимикач на 20A, що подає постійне навантаження (комерційне освітлення, електрична зарядна станція), не повинен перевищувати 16A. Для непостійних навантажень у побутових умовах правило менше застосовується, але воно застосовується до будь-якого ланцюга, визначеного як постійне.
Алюмінієва проводка вимагає пристроїв із рейтингом CO/ALR та антиоксидантного з'єднання. Алюмінієві з'єднання з мідними пристроями спричинили сотні пожеж. Ніколи не з'єднуйте алюміній із міддю без затвердженого роз'єму (AlumiConn або еквівалент).
Основи щитків із запобіжниками
Перед вимикачами: Щитки з запобіжниками
Будинки, побудовані приблизно до 1960 року, часто мають щитки з запобіжниками замість щитків із автоматичними вимикачами. Запобіжники забезпечують захист від перевантаження через плавкий елемент: тонку металічну смужку, яка плавиться, коли струм перевищує її номіналу, назавжди розриваючи ланцюг. На відміну від вимикача, перегорілий запобіжник не може бути скинутий: його потрібно замінити.
Гвинтові запобіжники базового типу: найпоширеніший побутовий тип. Вони гвинтяться в гніздо, як лампочка. Доступні в номіналах 15A, 20A, 25A та 30A. Небезпека: будь-який ампераж запобіжника підходить до будь-якого гнізда, дозволяючи чрезмірну установку (вставлення 30A запобіжника там, де належить 15A запобіжник: такий же проблема, як невідповідність вимикача та дроту). Запобіжники Type S (герметичні) використовують різні адаптери гнізда для кожного номіналу ампеража, запобігаючи чрезмірній установці. ПУЕ 240.51-240.54 розглядає вимоги fusestat/type-S.
Картриджні запобіжники: циліндричні запобіжники, використовувані для більших навантажень. Картриджні запобіжники типу ferrule обробляють 0-60A. Запобіжники типу knife-blade обробляють 60A та вище. Використовуються в розпорядчих розпорядниках, кондиціонерах та головних блоках запобіжників.
Запобіжники із затримкою часу (slow-blow): допускають короткі всплески струму вище номіналу для запуску двигуна. Стандартний запобіжник розпалив би на пусковому усуванні компресора холодильника або водяного насоса. Запобіжники з затримкою часу переносять сплески на 5-10 секунд, але все ще захищають від тривалих перевантажень.
Небезпечні марки щитків
Federal Pacific Electric (FPE) Stab-Lok: виробляється з 1950-х до 1980-х років. Незалежне тестування та розслідування CPSC виявили, що автоматичні вимикачі Stab-Lok мають підвищену частоту відмов: вони можуть не спрацювати на перевантажувальне або коротке замикання. Документована небезпека пожежі.
Zinsco (та перемарковані версії: Sylvania, GTE-Sylvania): конструкція з'єднання шин дозволяє вимикачам дугити та перегріватися на з'єднанні шин замість нормального спрацювання.
Алюмінієва проводка (1965-1973): не питання марки щитка, але будь-який щиток у будинку з цього періоду, в якого алюмінієва проводка гілок ланцюгів (не входить служби: це добре), вимагає перевірки всіх з'єднань пристроїв.
Розписи щитків та розрахунки навантаження
Розписи щитків
Розпис щитка — це документ (або каталог на дверях щитка), що перелічує кожен ланцюг: номер вимикача, розмір вимикача, марка дроту та навантаження, які він подає. Точний розпис щитка потрібен для робіт, що отримають дозвіл, і цінний для викликів обслуговування. Завжди оновлюйте розпис щитка після додавання ланцюгів.
Розрахунки навантаження (ПУЕ стаття 220)
Перед додаванням служби або великого ланцюга розрахунок навантаження визначає, чи існує потужність у наявній службі. Основний підхід:
Крок 1: Обчисліть загальне освітлення та навантаження розеток: 3VA на квадратний фут житлового простору (ПУЕ 220.12).
Крок 2: Додайте гілкові ланцюги приладу: 1500VA на малий ланцюг приладу (ПУЕ 220.52).
Крок 3: Додайте фіксовані прилади при номіналу табличці: HVAC, водонагрівач, сушарка, плита тощо.
Крок 4: Застосуйте коефіцієнти попиту (таблиця 220.42 ПУЕ): Не всі навантаження працюють одночасно. Першої 3000VA при 100%. Залишок до 120000VA при 35%.
Крок 5: Поділіть на 240V, щоб отримати попит ампера. Порівняйте з рейтингом служби.
200A служба надає 200A × 240V = 48000VA потужності.
Розмір зарядної станції EV: 48A Level 2 EVSE витягує 48A × 240V = 11520W безперервно. Оскільки це постійне навантаження, воно вимагає ланцюга на 60A (48A = 80% від 60A). Ви мусите перевірити, що щиток має достатню залишкову потужність перед додаванням його.
Безпечна робота щитків
Протоколи безпеки для роботи щитків
Робота щитків несе реальний ризик. Мета — знеструмити все, що ви можете, та перевірити перед дотиком.
Знеструмте та перевірте: Вимкніть головний вимикач. Потім використовуйте безконтактний тестер напруги (NCVT) для перевірки кожного провідника перед дотиком. Протестуйте кожен дріт: гарячий, нульовий та земляний. Втрачений нуль може знеструмити провідники, які здаються безпечними. Неправильно підключений ланцюг може вас здивувати.
Блокування/маркування (LOTO): Для комерційної роботи або будь-коли, коли інша людина могла б повторно відтворити ланцюг, подайте замок через ручку вимикача та повісьте бирку. Замок не подається = хтось може перемкнути вимикач, поки ви працюєте.
Вхідні провідники служби завжди під напругою (див. розділ 1). Навіть з головним вимикачем вимкнено, клеми над ним знаходяться під напругою. Обробіть верхню частину щитка як завжди увімкнену, якщо ви особисто не підтвердили, що лічильник вийнято.
Правило однієї руки: Коли працюєте поблизу деталей під напругою, тримайте одну руку в кишені або позаду спини. Якщо ви випадково торкнетеся живого провідника однією рукою, утримання іншої руки подалі запобіває шляху через вашу груди та серце. Венткулярна фібриляція вимагає тільки 100mA через серце: добре в межах того, що побутовий струм може забезпечити.
PPE для побутових щитків: Захисні окуляри мінімум. Для чого-небудь понад 240V або у комутаційному обладнанні вимагається дугозахисна PPE згідно NFPA 70E. У побутовому щитку на 200A менший потенціал вибуху, ніж в 480V комутаційному обладнанні, але це не нуль. Знайте вимоги PPE перед входом в будь-яке електричне корпус.
Викличте 811 перед копанням. Закопані входи служби та кабельні каналів живлення реальні. Один удар лопатою по підземному провіднику — це ризик електрошоку та серйозна кризис служби.