Электропроводка в Северной Америке: Функции и особенности

Введение

Функции и характеристики строительных электросистем в Северной Америке

Электропроводка в Северной Америке выполняется в соответствии с правилами и стандартами, действующими в месте установки. Она также спроектирована для обеспечения надлежащей работы и подвержена влиянию истории и традиций конкретного региона установки. Национальный электротехнический кодекс США (NEC) применяется во многих штатах США, где он был принят государственными, окружными или местными органами власти. Для электропроводки в Канаде Канадский электротехнический кодекс является аналогичным стандартом, опубликованным в Канаде Канадской ассоциацией стандартов.

Сравнение практики США с другими странами

Практика электромонтажных работ развивалась параллельно во многих странах в конце XIX и начале XX веков. В результате возникли и сохраняются национальные и региональные различия. (см. Национальный электрический кодекс, электропроводка, электропроводка в Соединенном Королевстве). Некоторые из них сохраняются по техническим причинам, поскольку безопасность электроустановок зависит не только от правил электромонтажа, но и от технических стандартов на электроустановочные изделия, материалы и оборудование. Заземление (зануление) распределительных цепей является существенным отличием в практике между электроустановками США и других регионов. С начала 1960-х годов электропроводка в новом строительстве требует отдельного заземляющего проводника, используемого для соединения (электрического соединения) всех обычно нетоковедущих частей электроустановки. Переносные электроприборы с металлическим корпусом также имеют соединительный проводник в гибком кабеле и вилке, подключающих их к распределительной сети. Возвратный проводник (нейтраль) также подключается к заземлению только на вводном щите; любые другие соединения нейтрали с заземлением не допускаются, в отличие от правил, действующих в некоторых других странах. Схемы освещения и розеток в североамериканских системах обычно радиальные, от распределительного щита, содержащего автоматические выключатели для защиты каждой ответвительной цепи. Минимальный номинал ответвительной цепи составляет 15 ампер и используется для розеток и освещения общего назначения. Часто для розеток и освещения общего назначения используются цепи на 20 ампер. В жилых зданиях ответвительные цепи с более высоким номиналом обычно выделяются для одного электроприбора, например, стационарной кухонной техники, электрических сушильных машин и кондиционеров. Освещение и розетки общего назначения питаются от сети переменного тока 120 вольт, а более мощные приборы – от трехпроводных однофазных цепей 240 вольт. В коммерческом строительстве часто используются трехфазные цепи. Распространенные трехфазные конфигурации в зданиях: 208/120 звезда, 120/240 треугольник с центральной точкой и 480/277 звезда. Освещение обычно питается от 277 В или 120 В. Такие страны, как Мексика, могут принять стандарт NFPA в качестве своего национального электротехнического кодекса с местными поправками, аналогичными тем, что применяются в юрисдикциях США. Канадский электротехнический кодекс, хотя и разработан независимо от кодекса NFPA, имеет схожий объем и цели с американским NEC, с незначительными различиями в деталях технических требований; гармонизация кодексов CEC и NEC направлена на облегчение свободной торговли между двумя странами.

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.

Методы проводки

Большинство цепей в современных североамериканских домах и в легком коммерческом строительстве проводятся кабелем с неметаллической оболочкой (NM). Этот тип кабеля является наиболее экономичным для заданного сечения и подходит для сухих внутренних помещений. Обозначение NM XX Y указывает, соответственно, тип оболочки (в данном случае, неметаллическая), размер основных проводников и общее количество проводников цепи (исключая заземляющий проводник). Например, кабель NM 14 2 содержит три проводника (два фазных и один заземляющий) сечением 14 AWG, что обычно используется для цепей, защищенных автоматом на 15 ампер. Цепи с большими токами (например, для электрических печей, водонагревателей, кондиционеров или вводных линий к дополнительным щитам) будут использовать проводники большего сечения. Не во всех юрисдикциях США разрешено использование кабеля с неметаллической оболочкой. NEC не разрешает использование кабеля NM в крупных, огнестойких или высотных зданиях. В кабеле типа NM изоляция проводников имеет цветовую маркировку для идентификации: обычно один черный, один белый и голый заземляющий проводник. Национальный электротехнический кодекс (NEC) определяет, что черный проводник обозначает фазный проводник с высоким напряжением относительно земли; белый проводник – нейтральный или идентифицированный проводник, близкий к потенциалу земли; а голый/зеленый проводник – защитный заземляющий проводник, который обычно не используется для передачи тока цепи. Провода могут быть перемаркированы, поэтому эти правила часто не соблюдаются. В 240-вольтных установках, не требующих нейтрального проводника, белый провод может использоваться как второй фазный проводник, но должен быть перемаркирован с помощью изоленты или другим способом. Четырехжильные гибкие удлинители имеют красный цвет в качестве четвертого проводника; в отличие от старых европейских практик, цветовая маркировка в гибких удлинителях соответствует цветовой маркировке стационарной проводки. В коммерческих и промышленных зданиях использование не защищенного оболочкой кабеля NM часто запрещено в определенных зонах или полностью (в зависимости от назначения здания и местных/штатных строительных норм). Поэтому коммерческие электромонтажники почти никогда его не используют. Большая часть проводки выполняется в негибких трубах, обычно EMT, из-за его стоимости и долговечности. В некоторых областях может потребоваться жесткая труба, а также паронепроницаемые фитинги в местах, где существует опасность пожара или взрыва (например, на автозаправочных станциях, химических заводах, зернохранилищах и т.д.). ПВХ может использоваться для прокладки проводов под землей или при заливке бетоном. Кабельный канал обычно состоит из нескольких ПВХ труб, заключенных в бетон. FMC или Flex используется там, где EMT или другие негибкие трубы непрактичны или для коротких отводов, известных как "хлысты", к светильникам или другим устройствам. Для силовых цепей цветовая маркировка использует те же цвета, что и в жилых зданиях, и добавляет дополнительные провода, используемые для трехфазных систем. Черный, красный и синий используются для фазных проводов, а белый – для нейтрального провода в цепи 120/208 В. Коричневый, оранжевый и желтый используются для фазных проводов, а серый – для нейтрального провода в цепи 277/480 В. Для заземления, независимо от напряжения, используется зеленый (или голый провод). В Соединенных Штатах для электропроводки используются несколько других типов систем проводки, включая кабель с металлической броней, минерально-изолированный кабель, другие типы силовых кабелей и различные типы электротехнических труб. В промышленных приложениях кабели могут быть проложены в кабельных лотках. Кабель типа TC специально предназначен для использования в кабельных системах. Специальные правила электропроводки применяются к влажным или агрессивным средам, а также к местам, представляющим опасность взрыва. Электроматериалы, используемые в Соединенных Штатах, должны быть изготовлены и испытаны в соответствии со стандартами продукции, установленными NEMA и Underwriters Laboratories (UL), и должны иметь маркировку одобрения, например, от UL. Типы утвержденной проводки могут варьироваться в зависимости от юрисдикции. Не все методы электропроводки, одобренные в NEC, принимаются во всех регионах Соединенных Штатов.

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.

Типы проводов

При прокладке в трубопроводе, например, в коммерческих приложениях, обычно протягивают отдельные провода, а не предварительно собранный кабель. Провода изготавливаются в различных размерах проводников, типах многожильности и из разных материалов (медь или алюминий), но термин "тип провода" обычно относится к изоляции, определяющей условия эксплуатации провода. Типы проводов для электромонтажных работ в Северной Америке регламентируются стандартами, разработанными Underwriters Laboratories, Канадской ассоциацией стандартов, Американским обществом по испытаниям и материалам, Национальной ассоциацией производителей электрооборудования и Ассоциацией инженеров по изолированным кабелям. Важным свойством изоляции, влияющим на допустимую токовую нагрузку провода, является максимальная температура проводника. В сочетании с температурой окружающей среды и её способностью к теплоотводу это определяет допустимые потери мощности в проводе и, следовательно, его сечение в зависимости от тока нагрузки. Наиболее распространенным типом изоляции в системах электрораспределения переменного тока по всей Северной Америке является THHN ("Термопластичный, высокотемпературостойкий, с нейлоновым покрытием"). Это спецификация для ПВХ-изоляции (допускаются и другие термопластики, но они используются редко) с нейлоновой оболочкой для повышения износостойкости. THHN подходит для сухих или влажных помещений и для температуры проводника до . ) Он аналогичен предыдущему, но рассчитан на использование в сухих или влажных условиях и для температуры проводника до , см. NEC для получения подробной информации. XHHW 2 (XLPE High Heat resistant Water resistant) – менее распространенный тип изоляции с термореактивной пластиковой изоляцией. Он имеет те же характеристики по влагостойкости и термостойкости, что и THWN 2 (первоначальный XHHW был эквивалентен двойной маркировке THHN/THWN), но благодаря термореактивному пластику меньше подвержен влиянию температуры, сохраняя твердость при высоких температурах и значительно большую гибкость при низких. Это делает его популярным для наружной прокладки. Низкая диэлектрическая проницаемость изоляции также полезна при наличии на проводе высокочастотного переменного тока, например, на выходе частотно-регулируемых приводов.

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.