Okablowanie elektryczne w Ameryce Północnej

Okablowanie elektryczne w Ameryce Północnej jest zgodne z przepisami i normami obowiązującymi w miejscu instalacji. Ma również zapewnić odpowiednią funkcjonalność, a także ma wpływ na historię i tradycje instalacji lokalizacji.

US National Electrical Code ma zastosowanie do wielu obszarów w USA, gdzie przyjęły je władze stanowe, hrabstwa lub lokalne. W przypadku okablowania elektrycznego w Kanadzie Kanadyjski Kodeks Elektryczny jest bardzo podobną normą opublikowaną w Kanadzie przez Canadian Standards Association .

Terminologia

Chociaż większość terminologii stosowanej przez elektryków odpowiada terminologii stosowanej w przepisach elektrycznych , zastosowania mogą się różnić:

• neutralny jest przewodem powrotnym obwodu; w systemach okablowania budynków przewód neutralny jest podłączony do uziemienia tylko w jednym punkcie. Normy północnoamerykańskie stwierdzają, że przewód neutralny nie jest przełączany ani zabezpieczany, z wyjątkiem bardzo wąsko określonych okoliczności. Neutralny jest podłączony do środkowego zaczepu transformatora przedsiębiorstwa energetycznego w systemie dwufazowym lub do środka połączenia gwiazdowego w wielofazowym systemie zasilania.

Przepisy elektryczne Stanów Zjednoczonych wymagają, aby przewód neutralny był podłączony do uziemienia tylko w „panelu serwisowym” iw żadnym innym punkcie instalacji elektrycznej budynku. Formalnie przewód neutralny nazywany jest „przewodem uziemiającym”; od NEC z 2008 r. terminy „przewód neutralny” i „punkt neutralny” zostały zdefiniowane w Kodeksie, aby były zgodne z powszechnym użyciem.

• Gorąca jest dowolna linia lub przewód neutralny (drut lub inny) połączony z systemem elektrycznym, który ma potencjał elektryczny w stosunku do uziemienia elektrycznego lub linii do przewodu neutralnego.
• Uziemienie to przewód bezpieczeństwa ze ścieżką do ziemi o niskiej impedancji. Jest często nazywany „przewodem uziemiającym” lub uziemieniem bezpieczeństwa. Jest goły lub ma zieloną izolację.
• Noga jak w „gorącej nodze” odnosi się do jednego z wielu gorących przewodów w układzie elektrycznym. Najbardziej rozpowszechniona usługa mieszkaniowa i mała usługa komercyjna w Kanadzie i Stanach Zjednoczonych, pojedyncza faza dzielona , ​​240 V, obejmuje przewód neutralny i dwie gorące nogi, 240 V do siebie i 120 V do przewodu neutralnego. Najpopularniejszy system trójfazowy będzie miał trzy gorące nogi, 208 V do siebie i 120 V do przewodu neutralnego. Starszy, ale nadal szeroko stosowany trójkąta z wysokimi nogami wykorzystuje trzy fazy z napięciem międzyfazowym 240 woltów do obciążeń silnika i 120 woltów do obciążeń oświetleniowych za pomocą transformatora z centralnym zaczepem; dwie fazy mają 120 woltów do zera. Trzecia faza, „wysoka noga” systemu (nazywana również „dziką nogą”), ma napięcie 208 V do przewodu neutralnego i zwykle nie jest używana do połączeń jednofazowych, dlatego ma charakterystyczny kolor. W przypadku większych instalacji komercyjnych powszechne jest trójfazowe napięcie 277/480 V lub 347/600 V .
• Gniazdo jest definiowane przez NEC jako „punkt w systemie okablowania, w którym prąd jest pobierany do sprzętu użytkowego” . Ta definicja obejmuje gniazda, oświetlenie, silniki itp. Zwykłe przełączniki sterują, ale nie zużywają energii elektrycznej, a zatem nie są definiowane jako gniazda w tym sensie.

Przepisy i normy elektryczne

National Electrical Code (NEC) określa minimalne dopuszczalne metody okablowania i materiały dla wielu stanów i gmin w USA. Jest sponsorowany przez National Fire Protection Association (NFPA) i jest okresowo aktualizowany od 1897 roku. Lokalne jurysdykcje zwykle przyjmują NEC lub inny opublikowanego kodu, a następnie rozpowszechniać dokumenty opisujące, w jaki sposób lokalne kody różnią się od opublikowanych kodów. Rządy nie mogą rozpowszechniać samego NEC ze względu na prawa autorskie, chociaż części, które zostały przyjęte do prawa, nie podlegają prawu autorskiemu.

Celem NEC jest ochrona osób i mienia przed zagrożeniami wynikającymi z użytkowania energii elektrycznej. NEC nie jest per se kodeksem elektrycznym żadnej jurysdykcji; jest to raczej wpływowe dzieło norm, które lokalni ustawodawcy (np. członkowie rady miejskiej, ustawodawcy stanowi itp.) zwykle wykorzystują jako przewodnik przy uchwalaniu lokalnych przepisów elektrycznych. NFPA stwierdza, że ​​fragmenty cytowane z National Electrical Code muszą zawierać zastrzeżenie wskazujące, że fragment nie jest pełnym i autorytatywnym stanowiskiem NFPA oraz że należy zapoznać się z oryginalnym dokumentem NEC jako ostatecznym odniesieniem.

Nowa konstrukcja, dodatki lub większe modyfikacje muszą być zgodne z odpowiednimi przepisami dla danej jurysdykcji, co niekoniecznie jest najnowszą wersją NEC. Przepisy w każdej jurysdykcji wskażą, kiedy zmiana w istniejącej instalacji jest tak duża, że ​​należy ją przebudować, aby była zgodna z obowiązującymi przepisami elektrycznymi. Zasadniczo istniejące instalacje nie muszą być zmieniane w celu spełnienia nowych przepisów.

Inne wymagania dotyczące kodeksu różnią się w zależności od jurysdykcji w Stanach Zjednoczonych. Na wielu obszarach właściciel domu może na przykład wykonać okablowanie domowe w budynku, który zajmuje; może to być nawet kompletne okablowanie domu. Kilka miast ma bardziej restrykcyjne przepisy i wymaga, aby instalacje elektryczne były wykonywane przez licencjonowanych elektryków. Prace zostaną sprawdzone przez wyznaczony organ na kilku etapach przed uzyskaniem pozwolenia na podłączenie przewodów pod napięcie od lokalnego zakładu energetycznego ; inspektor może być pracownikiem państwa lub miasta lub pracownikiem zakładu energetycznego.

W przypadku okablowania elektrycznego w Kanadzie Kanadyjski Kodeks Elektryczny jest bardzo podobnym standardem publikowanym w Kanadzie przez Canadian Standards Association od 1927 roku.

Konwencje projektowe i instalacyjne

W przypadku okablowania mieszkalnego niektóre podstawowe zasady podane w NEC to:

• Zaciski przewodu neutralnego (uziemionego) ogólnie, aw szczególności gniazd, wtyczek i złączy, muszą być zasadniczo koloru białego [NEC 200.9, NEC 200.10 (B)], a jeśli sam zacisk nie jest widoczny, prowadzący do niego otwór musi być oznaczony napisem „biały” lub literą „W”. Oprawy lamp na bazie Edisona (zwane w NEC urządzeniami z osłoną śrubową) muszą mieć przewód neutralny przymocowany do zewnętrznej osłony śruby [NEC 200.10 (C)]. W praktyce zacisk neutralny jest koloru srebrnego, zaciski linii i obciążenia są mosiężne lub (rzadko) malowane na czarno), a śruba uziemiająca jest zwykle koloru zielonego. Typowy mnemonik używany przez elektryków do zapamiętywania, który przewód prowadzi do którego zacisku jest „biały do ​​jasnego… czarny do mosiężnego… zielony do zielonego”.
• fazowy w obwodzie może mieć dowolny kolor inny niż zielony, szary lub biały (niezależnie od tego, czy są to jednolite kolory, czy paski). Typowe kolory to czarny, czerwony, niebieski, brązowy, żółty i pomarańczowy (wysoki trójkąt), izolowany drut, czasem inne kolory. Obowiązują określone wyjątki, takie jak kabel biegnący do przełącznika iz powrotem (znany jako podróżnik), gdzie biały przewód będzie gorącym drutem zasilającym ten przełącznik. Inny dotyczy kabla używanego do zasilania gniazdka dla urządzeń 250 VAC, które nie potrzebują przewodu neutralnego, tam biały jest gorący. W obu przypadkach biały przewód powinien być zidentyfikowany jako gorący, zwykle z czarną taśmą wewnątrz puszek połączeniowych.
• Przewód neutralny jest oznaczony szarym lub białym przewodem izolowanym, być może za pomocą pasków lub oznaczeń.
• W przypadku przewodu lampy przewód żebrowany jest przewodem neutralnym, a przewód gładki jest gorący. Norma NEC 2008 400.22(f) dopuszcza znakowanie powierzchni za pomocą prążków, rowków lub białych pasków na powierzchni przewodu lampy. W przypadku przezroczystego przewodu gorący drut ma kolor miedziany, a przewód neutralny ma kolor srebrny.
• Przewód uziemiający obwodu może być goły lub zidentyfikowany izolowany przewód w kolorze zielonym lub zielonym z żółtymi paskami. Wszystkie systemy metalowe w budynku muszą być połączone z systemem uziemienia budynku, takim jak woda, gaz ziemny, orurowanie HVAC i inne.
• Większe druty są zwykle dostarczane tylko w kolorze czarnym; te czarne przewody można odpowiednio ponownie zidentyfikować za pomocą odpowiedniej farby lub taśmy.
• Całe okablowanie w obwodzie, z wyjątkiem przewodów, które są częścią urządzenia lub osprzętu, musi mieć wymagany przekrój lub większy. W tej samej bieżni można stosować przewody o różnych rozmiarach, o ile wszystkie są izolowane dla maksymalnego napięcia dowolnego z tych obwodów.
• Kodeks podaje zasady obliczania obciążenia obwodu i maksymalnej obciążalności prądowej .
• wyłącznika ziemnozwarciowego (GFCI) jest wymagane w przypadku gniazd w mokrych miejscach i miejscach, w których istnieje łatwa ścieżka przepływu prądu zwarciowego do ziemi. Obejmuje to wszystkie pojemniki przeznaczone do obsługi blatów kuchennych), nisze na poziomie gruntu lub poniżej, piwnice, garaże i budynki pomocnicze, łazienki, pralnie, w odległości do 6 stóp od zewnętrznej krawędzi wanny lub kabiny prysznicowej, a także jak na zewnątrz. Wcześniej istniały wyjątki dla lodówek, ponieważ odłączenie bez nadzoru mogło spowodować psucie się żywności i wywóz śmieci. Zamiast tego w przypadku lodówek i innych półstałych urządzeń w piwnicach i pomieszczeniach mokrych powszechnie stosowano jednowylotowe gniazdo nie przeznaczone do GFCI. Od 2020 NEC ten wyjątek już nie istnieje, a te urządzenia muszą mieć ochronę GFCI, jeśli jest to wymagane inaczej. Gniazda dwuprzewodowe bez przewodu uziemiającego mogą być chronione przez GFCI lub jeden przed gniazdem i muszą być oznaczone jako „Brak uziemienia sprzętu” i „Ochrona GFCI”. Większość gniazd GFCI umożliwia połączenie i zapewnia ochronę GFCI dla gniazd podłączonych w dół strumienia. Gniazda zabezpieczone w ten sposób lub z wyłącznikiem GFCI powinny być oznaczone jako „ochronne GFCI”. (Poza Ameryką Północną są one określane jako „ wyłącznik różnicowoprądowy ” lub RCD).
• przed zwarciem łukowym (AFCI) jest wymagane do ochrony prawie wszystkich wykończonych obszarów domu, z wyjątkiem łazienek. To urządzenie, które może być wyłącznikiem automatycznym lub pierwszym gniazdem w obwodzie, jest przeznaczone do wykrywania niebezpiecznych łuków elektrycznych w okablowaniu obwodów odgałęzionych, a także w przewodach i wtyczkach. Urządzenie AFCI zostało zaprojektowane tak, aby szybko się wyzwalało, gdy wykryje potencjalnie niebezpieczne wyładowanie łukowe, które może wywołać pożar, ale nie wyzwala się z nieszkodliwym wyładowaniem łukowym w ramach normalnej pracy urządzeń, takich jak silniki.
• Większość obwodów ma metalowe elementy połączone ze sobą przewodem uziemiającym podłączonym do trzeciego, okrągłego bolca wtyczki oraz do metalowych skrzynek i obudów urządzeń.
• Piece , elektryczne podgrzewacze wody , pompy ciepła , centralne urządzenia klimatyzacyjne , suszarki elektryczne , kuchenki lub płyty elektryczne oraz kuchenki mikrofalowe do zabudowy muszą znajdować się na dedykowanych obwodach.
• Norma zawiera zasady wymiarowania puszek elektrycznych pod kątem liczby przewodów i osprzętu elektroinstalacyjnego w puszce.

Powyższe jest tylko krótkim przeglądem i nie może być używane jako substytut aktualnego Krajowego Kodeksu Elektrycznego.

Porównanie praktyk amerykańskich z innymi krajami

Główny artykuł: Sieć elektryczna według kraju

Praktyki związane z okablowaniem elektrycznym rozwijały się równolegle w wielu krajach pod koniec XIX i na początku XX wieku. W rezultacie rozwinęły się i nadal obowiązują różnice krajowe i regionalne. (patrz National Electrical Code , okablowanie elektryczne , okablowanie elektryczne w Wielkiej Brytanii ). Niektóre z nich są zachowane ze względów technicznych, ponieważ bezpieczeństwo systemów elektroinstalacyjnych zależy nie tylko od przepisów dotyczących okablowania, ale także od norm technicznych dotyczących urządzeń, materiałów i sprzętu elektroinstalacyjnego.

Uziemienie (uziemienie) obwodów dystrybucyjnych jest zauważalną różnicą w praktyce między systemami okablowania w Stanach Zjednoczonych i innych regionach. Od wczesnych lat 60. okablowanie w nowych konstrukcjach wymagało osobnego przewodu uziemiającego używanego do łączenia (połączenia elektrycznego) wszystkich normalnie nieprzewodzących prądu części instalacji elektrycznej. Urządzenia przenośne z metalowymi obudowami posiadają również przewód wyrównawczy w elastycznym kablu i wtyczce łączącej je z systemem rozdzielczym. Przewód powrotny obwodu ( neutralny ) jest również podłączony do masy tylko na panelu wejściowym; żadne inne połączenia między przewodem neutralnym a uziemieniem nie są dozwolone, w przeciwieństwie do przepisów obowiązujących w niektórych innych częściach świata.

Obwody oświetlenia i gniazd zasilających w systemach północnoamerykańskich są zwykle promieniowe od panelu rozdzielczego zawierającego wyłączniki chroniące każdy obwód odgałęziony. Najmniejsza wartość znamionowa obwodu odgałęzionego to 15 amperów, używana do gniazd ogólnego przeznaczenia i oświetlenia. Często obwody 20 amperowe są używane do gniazd ogólnego przeznaczenia i oświetlenia. W budownictwie mieszkaniowym obwody odgałęzione o wyższych parametrach znamionowych są zwykle dedykowane do jednego urządzenia, na przykład stałych urządzeń kuchennych, elektrycznych suszarek do ubrań i klimatyzatorów. Gniazda oświetleniowe i ogólnego przeznaczenia są zasilane napięciem 120 woltów prądu przemiennego, a większe urządzenia są zasilane przez trójprzewodowe obwody jednofazowe o napięciu 240 woltów.

W budownictwie komercyjnym często stosuje się obwody trójfazowe . Typowe konfiguracje 3-fazowe w budynku to 208v/120 w gwiazdę, 120/240 w trójkąt z odczepem centralnym i 480v/277v w gwiazdę. Oświetlenie jest zwykle zasilane napięciem 277 V lub 120 V.

Kraje takie jak Meksyk mogą przyjąć normę NFPA jako krajowy kodeks elektryczny, z lokalnymi poprawkami podobnymi do tych w jurysdykcjach Stanów Zjednoczonych. Kanadyjski Kodeks Elektryczny , chociaż opracowany niezależnie od kodeksu NFPA, jest podobny pod względem zakresu i celu do amerykańskiego NEC, z niewielkimi różnicami w szczegółach wymagań technicznych; harmonizacja kodów CEC i NEC ma na celu ułatwienie swobodnego handlu między obydwoma krajami.

Metody okablowania

Kabel z powłoką niemetalową (NM).

Większość obwodów w nowoczesnych domach i lekkich konstrukcjach komercyjnych w Ameryce Północnej jest okablowana za pomocą kabli z niemetalową osłoną (NM) . Ten typ kabla jest najtańszy dla danego rozmiaru i jest odpowiedni do zastosowań w suchych pomieszczeniach. Oznaczenie NM XX-Y wskazuje odpowiednio rodzaj osłony (w tym przypadku niemetalowej), rozmiar głównych przewodów oraz całkowitą liczbę przewodów obwodu (bez przewodu uziemiającego). Na przykład kabel NM 14-2 zawiera trzy przewody (dwa plus jeden uziemienie) o przekroju 14, czyli rozmiarze zwykle używanym w obwodach chronionych prądem 15 amperów. Obwody o większych prądach (takie jak piece elektryczne, podgrzewacze wody, klimatyzatory lub podsieci do dodatkowych paneli obwodów) będą miały większe przewodniki. Nie wszystkie jurysdykcje w USA zezwalają na używanie kabli z niemetalową osłoną. NEC nie zezwala na użycie kabla NM w dużych, ognioodpornych lub wysokich konstrukcjach.

W kablu typu NM izolacja przewodu jest oznaczona kolorami w celu identyfikacji, zwykle jeden czarny, jeden biały i goły przewód uziemiający. National Electrical Code (NEC) określa, że ​​czarny przewodnik reprezentuje gorący przewodnik ze znacznym napięciem do uziemienia; biały przewodnik reprezentuje zidentyfikowany lub neutralny przewodnik, w pobliżu potencjału ziemi; oraz goły/zielony przewód, przewód uziemiający bezpieczeństwa, który normalnie nie jest używany do przewodzenia prądu w obwodzie. Przewody mogą być ponownie pokolorowane, więc te zasady są zwykle wyjątki. W zastosowaniach 240-woltowych, które nie wymagają przewodu neutralnego, biały przewód może być użyty jako drugi gorący przewód, ale musi być ponownie zabarwiony taśmą lub inną metodą. Czterożyłowe elastyczne przewody połączeniowe urządzeń mają kolor czerwony jako czwarty; w przeciwieństwie do starszych praktyk europejskich, kodowanie kolorami w elastycznych przewodach jest takie samo, jak w przypadku okablowania stałego.

W obiektach komercyjnych i przemysłowych niezabezpieczony kabel NM jest często zabroniony w niektórych obszarach lub całkowicie (w zależności od przeznaczenia budynku i lokalnych/stanowych przepisów budowlanych). Dlatego prawie nigdy nie jest używany przez komercyjnych wykonawców instalacji elektrycznych. Większość okablowania jest umieszczona w nieelastycznym kanale, zwykle EMT ze względu na jego koszt i trwałość. W niektórych obszarach może być wymagana sztywna konstrukcja, a dodatkowo w obszarach, w których występuje zagrożenie pożarem lub wybuchem (np. stacje benzynowe, fabryki chemiczne, silosy zbożowe itp.) mogą być wymagane złączki paroszczelne. PVC można stosować tam, gdzie prowadzone są przewody pod ziemią lub tam, gdzie będzie wylewany beton. Bank kanałów jest zwykle wykonany z wielu rur PVC zatopionych w betonie. FMC lub Flex jest używany tam, gdzie EMT lub inny nieelastyczny przewód jest niepraktyczny lub w przypadku krótkich serii, zwanych „biczami”, do świateł lub innych urządzeń. W przypadku obwodów zasilania kodowanie kolorami wykorzystuje te same kolory, co w budownictwie mieszkaniowym, i dodaje dodatkowe przewody używane w systemach trójfazowych. Czarny, czerwony i niebieski są używane do gorących przewodów, a biały jest używany jako przewód neutralny w obwodzie 120/208 V. Brązowy, pomarańczowy i żółty są używane jako przewody gorące, a szary jako przewód neutralny w 277/480 V. Do uziemienia, niezależnie od napięcia, używany jest przewód zielony (lub goły przewód).

W Stanach Zjednoczonych do okablowania budynków stosuje się kilka innych rodzajów systemów okablowania; obejmują one kabel zbrojony z blachy falistej , kabel z izolacją mineralną , inne rodzaje kabli zasilających i różne rodzaje przewodów elektrycznych . W zastosowaniach przemysłowych kable mogą być układane w korytkach kablowych. Kabel typu TC jest przeznaczony szczególnie do stosowania w systemach korytkowych. Specjalne zasady dotyczące okablowania dotyczą miejsc mokrych lub korozyjnych oraz miejsc, w których występuje zagrożenie wybuchem. Materiały okablowania przeznaczone do użytku w Stanach Zjednoczonych muszą być generalnie wykonane i przetestowane zgodnie ze standardami produktów określonymi przez NEMA i Underwriters Laboratories (UL) oraz muszą być opatrzone znakami aprobaty, takimi jak te określone przez UL.

Zatwierdzone typy okablowania mogą się różnić w zależności od jurysdykcji . Nie wszystkie metody okablowania zatwierdzone przez NEC są akceptowane we wszystkich obszarach Stanów Zjednoczonych.

Rodzaje drutu

Wytrzymały zewnętrzny przewód elektryczny.

Typy przewodów stosowanych w Ameryce Północnej w zakresie okablowania są określone przez normy wydane przez Underwriters Laboratories , Canadian Standards Association , American Society for Testing and Materials , National Electrical Manufacturers Association oraz Insulated Cable Engineers Association .

XHHW oznacza „ X LPE ( polyethylene co samo w sobie jest skrótem od cross( X )- inked ) H igh H eheat-odporny Wodoodporny ”. XHHW to oznaczenie określonego materiału izolacyjnego, temperatury znamionowej i warunków użytkowania (odpowiednie do wilgotnych miejsc) przewodów i kabli elektrycznych .

Przewody z izolacją XHHW są powszechnie stosowane w systemach dystrybucji prądu przemiennego (AC) w budynkach i instalacjach komercyjnych, instytucjonalnych i przemysłowych, zwykle przy poziomach napięcia ( różnica potencjałów lub siła elektromotoryczna ) w zakresie od 110-600 woltów . Ten rodzaj izolacji jest stosowany zarówno do przewodów miedzianych, jak i aluminiowych, które są lite lub linkowe, w zależności od rozmiaru.

Zgodnie z normą Underwriters Laboratories (UL) 44, izolacja XHHW nadaje się do stosowania w suchych miejscach do 90°C (194°F) lub w wilgotnych miejscach do 75°C (167°F).

Izolacja XHHW-2, która jest podobna do XHHW, nadaje się do stosowania w suchych lub mokrych miejscach do 90°C (194°F).

THWN oznacza „ T ermoplastyczne , odporne na ciepło i wodę powlekane nylonem ”. THWN to oznaczenie określonego materiału izolacyjnego, temperatury znamionowej i warunków użytkowania (mokrych miejsc) przewodów i kabli elektrycznych .

THHN oznacza „ T ermoplastyczny , odporny na wysokie temperatury, pokryty nylonem” . THHN to oznaczenie określonego materiału izolacyjnego, temperatury znamionowej i warunków użytkowania (odpowiednie do miejsc suchych i wilgotnych) przewodów i kabli elektrycznych.

Przewód z izolacją THWN lub THHN jest powszechnie stosowany w systemach dystrybucji prądu przemiennego w całej Ameryce Północnej, zwykle przy poziomach napięcia od 110 do 600 woltów. Ten rodzaj izolacji jest stosowany zarówno do przewodów miedzianych, jak i aluminiowych, które są lite lub skręcone, w zależności od rozmiaru. Wiele drutów ma oznaczenia THWN i THHN i nadaje się do użytku w suchych miejscach o temperaturze do 90°C (194°F) lub mokrych do 75°C (167°F).

Zobacz też

• Amerykański miernik drutu
• Okablowanie elektryczne w Wielkiej Brytanii
• Zakręcane złącze przewodu

Linki zewnętrzne

• Podręcznik informacji technicznych dotyczących przewodów i kabli
• NEC na NFPA.org
• Podsumowanie kodu koloru NEC