Солтүстік Америкадағы ғимараттардың электр жүйелерінің қызметі мен ерекшеліктері

Кіріспе

Солтүстік Америкадағы ғимараттардың электр жүйелерінің функциясы мен ерекшеліктері

Солтүстік Америкадағы электр сымдары орнатылған жерде қолданылатын ережелер мен стандарттарға сәйкес жүргізіледі. Олар дұрыс жұмыс істеуді қамтамасыз ету үшін жобаланған, сонымен қатар орнату орнының тарихы мен дәстүрлеріне де байланысты. АҚШ Ұлттық электр кодексі штат, округ немесе жергілікті билік органдары қабылдаған АҚШ-тың көптеген аймақтарында қолданылады. Канададағы электр сымдары үшін Канада Электр кодексі – Канада Стандарттар Ассоциациясы Канадада жариялаған, оған өте ұқсас стандарт болып табылады.

АҚШ-тың басқа елдермен салыстыруы

Электр сымдарын орнату тәжірибесі 19 ғасырдың соңы мен 20 ғасырдың басында көптеген елдерде параллель түрде дамыды. Осының нәтижесінде ұлттық және аймақтық ерекшеліктер қалыптасып, күшінде қалуда. (Қараңыз: Ұлттық электр кодексі, электр сымдауы, Ұлыбританиядағы электр сымдауы). Олардың кейбіреулері техникалық себептермен сақталады, себебі сым жүйелерінің қауіпсіздігі тек сымдау ережелеріне ғана емес, сонымен қатар сымдау құрылғылары, материалдар және жабдықтарға арналған техникалық стандарттарға да байланысты. Тарату тізбектерін жерге қосу (жерге тұйықтау) – АҚШ және басқа аймақтардағы сым жүйелері арасындағы маңызды айырмашылық. 1960 жылдардың басынан бері жаңа құрылыстағы сымдау үшін электр орнатудың барлық қалыпты тоқ өткізбейтін бөліктерін біріктіруге (электр байланысын жасауға) арналған жеке жерге қосу өткізгіші талап етіледі. Металл корпусы бар портативті құрылғылардың иілгіш кабельдері мен штепсельдерінде де тарату жүйесіне қосылатын жабыстыру өткізгіші болады. Тізбектің кері қайтарым өткізгіші (нейтральді) тек қызметтік кіріс панелінде ғана жерге қосылады; әлемнің кейбір басқа бөліктеріндегі ережелерден өзгеше, нейтральден жерге басқа қосылымдарға рұқсат етілмейді. Солтүстік Америка жүйелеріндегі жарықтандыру және қуат розеткаларының тізбектері әдетте тарату панелінен радиалды болып келеді, онда әрбір тармақ тізбегін қорғау үшін автоматты қосқыштар орналасқан. Ең кішкентай тармақ тізбегінің қуаты 15 ампер, ол жалпы мақсаттағы розеткалар мен жарықтандыру үшін қолданылады. Көбінесе жалпы мақсаттағы розеткалар мен жарықтандыру үшін 20 амперлік тізбектер қолданылады. Тұрғын үйлерді салу кезінде жоғары қуатты тізбектер әдетте бір құрылғыға арналған, мысалы, тұрақты плиталар, электрлі кір жуғыш машиналар және кондиционерлер. Жарықтандыру және жалпы мақсаттағы розеткалар 120 вольт айнымалы токта қоректенсе, ірі құрылғылар 240 вольтты үш сымды бір фазалы тізбектерден алады. Коммерциялық құрылыста үш фазалы тізбектер жиі қолданылады. Ғимарат ішіндегі 3 фазалы конфигурациялар: 208v/120 жұлдыз, 120/240 ортадан теңдестірілген дельта және 480v/277v жұлдыз. Жарықтандыру әдетте 277 В немесе 120 В кернеумен жабдықталады. Мексика сияқты елдер NFPA стандартын жергілікті түзетулермен ұлттық электр кодексі ретінде қабылдауы мүмкін, бұл АҚШ-тағы жағдайға ұқсас. Канаданың электр кодексі NFPA кодексінен тәуелсіз әзірленгенімен, мазмұны мен мақсаты АҚШ-тың NEC кодексіне ұқсас, техникалық талаптардың егжей-тегжейлі сипаттамаларында ғана шағын айырмашылықтар бар; CEC және NEC кодтарын үйлестіру екі ел арасындағы еркін сауданы жеңілдетуге бағытталған.

Electrical wiring practices developed in parallel in many countries in the late 19th and early 20th centuries. As a result, national and regional variations developed and remain in effect. (see National Electrical Code, electrical wiring, electrical wiring in the United Kingdom). Some of these are retained for technical reasons, since the safety of wiring systems depends not only on the wiring code but also on the technical standards for wiring devices, materials, and equipment. Grounding (earthing) of distribution circuits is a notable difference in practice between wiring systems of the United States and those of other regions. Since the early 1960s, wiring in new construction has required a separate grounding conductor used to bond (electrically connect) all normally non current carrying parts of an electrical installation. Portable appliances with metal cases also have a bonding conductor in the flexible cable and plug connecting them to the distribution system. The circuit return conductor (neutral) is also connected to ground at the service entrance panel only; no other connections from neutral to ground are allowed, unlike regulations in some other parts of the world. Lighting and power receptacle circuits in North American systems are typically radial from a distribution panel containing circuit breakers to protect each branch circuit. The smallest branch circuit rating is 15 amperes, used for general purpose receptacles and lighting. Often, 20 ampere circuits are used for general purpose receptacles and lighting. In residential construction, branch circuits for higher ratings are usually dedicated to one appliance, for example, fixed cooking appliances, electric clothes dryers, and air conditioners. Lighting and general purpose receptacles are at 120 volts AC, with larger devices fed by three wire single phase circuits at 240 volts. In commercial construction, three phase circuits are often used. Common 3 phase configurations within a building are 208v/120 wye, 120/240 center tapped delta and 480v/277v wye. Lighting is usually fed by 277 V or 120v. Countries such as Mexico may adopt the NFPA standard as their national electrical code, with local amendments similar to those in United States jurisdictions. The Canadian Electrical Code, while developed independently from the NFPA code, is similar in scope and intent to the US NEC, with only minor variations in technical requirement details; harmonization of the CEC and NEC codes is intended to facilitate free trade between the two countries.

Қондырғыларды орнату әдістері

Қазіргі Солтүстік Америкадағы үйлер мен жеңіл коммерциялық құрылыстардағы көптеген тізбектер металл емес қаптамалы (NM) кабельдік типімен сымдалған. Бұл кабель түрі белгілі бір мөлшер үшін ең арзан және құрғақ үй ішінде қолдануға қолайлы. NM XX Y белгілемесі тиісінше қаптаманың түрін (осы жағдайда металл емес), негізгі өткізгіштердің өлшемін және тізбек өткізгіштерінің жалпы санын (жерге қосу өткізгішін қоспағанда) көрсетеді. Мысалы, NM 14 2 кабельі 14 калибрлі үш өткізгіштен (екісі және бір жер) тұрады, бұл әдетте 15 амперлік автоматты қосқыштармен қорғалған тізбектер үшін қолданылады. Үлкен ток күші бар тізбектер (мысалы, электр пештері, су жылытқыштары, кондиционерлер немесе қосымша тізбек панельдеріне қосылатын тізбектер) үлкен өткізгіштерді пайдаланады. АҚШ-тың барлық әкімшілік аймақтары металл емес қаптамалы кабельді пайдалануға рұқсат бермейді. NEC үлкен, өртке төзімді немесе биік ғимараттарда NM кабельін пайдалануға рұқсат бермейді. NM типті кабельде өткізгіштердің изоляциясы идентификация үшін түске кодталған, әдетте біреуі қара, біреуі ақ және жалаңаш жерге қосу өткізгіші. Ұлттық электр кодексі (NEC) қара өткізгіштің жерге қатысты айтарлықтай кернеуі бар «желдеткіш» өткізгішті, ақ өткізгішті жерге жақын потенциалы бар «бейтарап» өткізгішті, ал жалаңаш/жасыл өткізгішті әдетте тізбек тогын өткізбейтін қауіпсіздік жерлеу өткізгішін білдіреді. Сымдардың түсі өзгертілуі мүмкін, сондықтан бұл ережелерге көбінесе ерекшеліктер жасалады. 240 вольттық қолданыста, егер бейтарап өткізгіш қажет болмаса, ақ сымды екінші «желдеткіш» өткізгіш ретінде пайдалануға болады, бірақ оны таспамен немесе басқа тәсілмен қайта бояу керек. Төрт сымды иілгіш жабдық қосылым сымдарының төртінші түсі қызыл болады; ескі еуропалық тәжірибелерден айырмашылығы, иілгіш сымдардағы түстер кодтамасы тұрақты сымдарға сәйкес келеді. Коммерциялық және өнеркәсіптік салаларда ашық NM кабельді пайдалануға кейбір аймақтарда немесе толығымен тыйым салынуы мүмкін (ғимараттың мақсатына және жергілікті/мемлекеттік құрылыс кодекстеріне байланысты). Сондықтан коммерциялық электрлендірушілер оны көбінесе қолданбайды. Көптеген сымдар иілгіш емес құбырларға салынады, әдетте EMT, оның бағасы мен беріктігіне байланысты. Кейбір жағдайларда қатты құбырлар қажет болуы мүмкін, сонымен қатар өрт немесе жарылыс қаупі бар жерлерде (мысалы, жанармай құю станциялары, химиялық зауыттар, астық сақтаушылар және т.б.) буды тұтастыратын фитингтер қажет болуы мүмкін. ПВХ сымдарды жер астымен өткізуге немесе бетон құюға болатын жерлерде қолданылады. Құбырлар банкі әдетте бетонға орнатылған бірнеше ПВХ құбырларынан тұрады. FMC немесе Flex EMT немесе басқа иілгіш емес құбырларды пайдалану қиын болғанда немесе шамдарға немесе басқа құрылғыларға дейінгі қысқа қашықтықта («шабақтар») қолданылады. Күштік тізбектер үшін түстер кодтамасы тұрғын үй құрылысындағыдай түстерді пайдаланады және үш фазалық жүйелерде қолданылатын қосымша сымдарды қосады. Қара, қызыл және көк түсті сымдар «желдеткіш» сымдар ретінде қолданылады, ал ақ сым 120/208 В тізбегінде «бейтарап» сым ретінде қолданылады. Қоңыр, сары және сары түсті сымдар «желдеткіш» сымдар ретінде қолданылады, ал сұр түсті сым 277/480 В тізбегінде «бейтарап» сым ретінде қолданылады. Жерлеу үшін, кернеуге қарамастан, жасыл (немесе жалаңаш сым) қолданылады. АҚШ-та ғимараттарды сымдау үшін бірнеше басқа сым жүйелері қолданылады; оларға гофрленген металл броньды кабель, минералды оқшауланған кабель, басқа да қуат кабельдері және электр құбырларының әртүрлі түрлері кіреді. Өнеркәсіптік қолданыста кабельдер кабельдік науаларда орналастырылуы мүмкін. TC типті кабель әсіресе науа жүйелерінде пайдалануға арналған. Ылғалды немесе коррозиялық орындарға және жарылыс қаупі бар орындарға арнайы сымдар ережелері қолданылады. АҚШ-та қолданылатын сым материалдары NEMA және Underwriters Laboratories (UL) белгілеген өнім стандарттарына сәйкес жасалуы және сынақтан өтуі керек және UL белгілеген мақұлдау белгілері болуы керек. Мақұлданған сым түрлері әкімшілік аймаққа қарай өзгеруі мүмкін. NEC-те мақұлданған барлық сымдық әдістер АҚШ-тың барлық аймақтарында қабылданбайды.

Most circuits in the modern North American home and light commercial construction are wired with non metallic sheathed (NM) cable designated type. This type of cable is the least expensive for a given size and is appropriate for dry indoor applications. The designation NM XX Y indicates, respectively, the type of sheathing (in this case, non metallic), the size of the main conductors, and the total number of circuit conductors (exclusive of the grounding conductor). For example, NM 14 2 cable contains three conductors (two plus one ground) at 14 gauge, a size typically used for circuits protected at 15 amperes. Circuits with larger currents (such as for electric furnaces, water heaters, air conditioners, or sub mains to additional circuit panels) will have larger conductors. Not all US jurisdictions permit use of non metallic sheathed cable. The NEC does not permit use of NM cable in large, fire resistant, or high rise structures. In type NM cable, conductor insulation is color coded for identification, typically one black, one white, and a bare grounding conductor. The National Electrical Code (NEC) specifies that the black conductor represent the hot conductor, with significant voltage to earth ground; the white conductor represent the identified or neutral conductor, near ground potential; and the bare/green conductor, the safety grounding conductor not normally used to carry circuit current. Wires may be re colored, so these rules are commonly excepted. In 240 volt applications not requiring a neutral conductor, the white wire may be used as the second hot conductor, but must be recolored with tape or by some other method. Four wire flexible equipment connection cords have red as the fourth color; unlike older European practices, color coding in flexible cords is the same as for fixed wiring. In commercial and industrial, unenclosed NM cable is often prohibited in certain areas or altogether (depending on what the building is used for and local/state building codes). Therefore, it is almost never used by commercial electrical contractors. Most wiring is put in non flexible conduit, usually EMT because of its cost and durability. Rigid may be required for certain areas and additionally, vapor lock fittings may be required in areas where a fire or explosion hazard is present (such as gas stations, chemical factories, grain silos, etc.) PVC can be used where wire is run underground or where concrete will be poured. A duct bank is usually made of multiple PVC conduits encased in concrete. FMC or Flex is used where EMT or other non flexible conduit is impractical or for short runs, known as "whips", to lights or other devices. For power circuits, the color coding uses the same colors as residential construction, and adds the additional wires used for three phase systems. Black, Red and Blue are used for hot wires and White is used as the neutral wire in a 120/208 V circuit. Brown, Orange and Yellow are used as hot wires and gray is used as the neutral wire in a 277/480 V. For grounding, regardless of the voltage, Green (or a bare wire) is used. Several other types of wiring systems are used for building wiring in the United States; these include corrugated metal armored cable, mineral insulated cable, other types of power cable, and various types of electrical conduit. In industrial applications cables may be laid in cable trays. Cable type TC is especially intended for use in tray systems. Special wiring rules apply to wet or corrosive locations, and to locations which present an explosion hazard. Wiring materials for use in the United States must generally be made and tested to product standards set by NEMA and Underwriters Laboratories (UL) and must bear approval marks such as those set by UL. Approved wiring types can vary by jurisdiction. Not all wiring methods approved in the NEC are accepted in all areas of the United States.

Сым түрлері

Коммерциялық қолданбалар сияқты құбыр арқылы жүргізілген кезде, алдын ала жиналған кабельге қарағанда жеке сымдарды тарту қалыпты жағдай. Сым түрлі өткізгіш өлшемдерімен, құрылымымен және материалдарымен (мыс немесе алюминий) өндіріледі, бірақ "сым түрі" термині көбінесе сымды қолдануға болатын ортаны анықтайтын оқшаулауды білдіреді. Солтүстік Америкадағы сымдау практикасы үшін сым түрлері Underwriters Laboratories, Canadian Standards Association, American Society for Testing and Materials, National Electrical Manufacturers Association және Insulated Cable Engineers Association ұсынған стандарттармен анықталады. Оқшаулаудың сымның ток өткізу қабілетіне әсер ететін маңызды қасиеттерінің бірі – өткізгіштің максималды температурасы. Бұл, қоршаған ортаның температурасымен және ортаның жылуды сіңіру қабілетімен бірге сымдағы мыс жоғалту мөлшерін анықтайды, демек, жүктеме тогына қатысты оның өлшемін анықтайды. Солтүстік Америкадағы айнымалы ток электр тарату жүйелерінде ең көп қолданылатын оқшаулау түрі THHN ("Термопластикалық, жоғары температураға төзімді, нейлонмен қапталған"). Бұл – абразияға төзімділік үшін нейлон қаптамасы бар ПВХ оқшаулауға арналған (басқа термопластиктерге де рұқсат етіледі, бірақ олар сирек қолданылады) техникалық талаптар. THHN құрғақ немесе ылғалды орта үшін де, өткізгіш температурасына дейін қолайлы. Бұл алдыңғысына ұқсас, бірақ құрғақ немесе ылғалды орта үшін де, өткізгіш температурасына дейін арналған; толық мәліметтер үшін NEC-ке жүгініңіз. XHHW 2 (XLPE, жоғары температураға төзімді, суға төзімді) – термопластикалық оқшаулауы бар, сирек кездесетін оқшаулау түрі. Оның ылғал және температуралық сипаттамалары THWN 2-ге (алғашқы XHHW THHN/THWN екі номиналды оқшаулаумен тең болған) ұқсас, бірақ термопластикалық болғандықтан температураға аз сезімтал, жоғары температурада берік және төмен температурада айтарлықтай икемді болады. Бұл оны сыртқы сымдауға арналған қолданбалар үшін танымал етеді. Оқшаулаудың төмен диэлектрлік тұрақтылығы сымда жоғары жиілікті АЖ болған кезде де пайдалы, мысалы, жиілігі өзгертілетін жетектердің шығысы сияқты.

When running through conduit, such as in commercial applications, it is typical to pull individual wires rather than a preassembled cable. Wire is manufactured in a range of conductor sizes, stranding, and materials (copper or aluminum), but the term "wire type" usually refers to the insulation, which determines the environments in which the wire may be used. Wire types for North American wiring practices are defined by standards issued by Underwriters Laboratories, the Canadian Standards Association, the American Society for Testing and Materials, the National Electrical Manufacturers Association, and the Insulated Cable Engineers Association. One important property of the insulation which affects the current carrying capacity of the wire is the maximum conductor temperature. This, in combination with the ambient temperature and ability of the environment to absorb heat, determines the amount of tolerable copper loss in the wire, and therefore its size in relation to the load current. The most commonly used insulation type in AC electrical distribution systems throughout North America is THHN ("Thermoplastic High Heat resistant Nylon coated"). This is a specification for PVC insulation (other thermoplastics are permitted, but rarely used) with a nylon jacket for abrasion resistance. THHN is suitable for dry or damp environments and conductor temperatures up to . ). This is similar to the preceding, but rated for dry or wet environments and conductor temperatures up to ,); see the NEC for details. XHHW 2 (XLPE High Heat resistant Water resistant") is a less commonly seen insulation type with a thermoset plastic insulation. It has the same moisture and temperature specifications as THWN 2 (the original XHHW was equivalent to THHN/THWN dual rated insulation), but being a thermoset plastic, it is less affected by temperature, remaining firmer at high temperatures and significantly more flexible at low temperatures. This makes it popular for outdoor wiring applications. The low dielectric constant of the insulation is also beneficial when high frequency AC is present on the wire, such as the output of variable frequency drives.