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电气线路

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电线是电缆和相关设备的电气安装,例如结构中的开关、配电板、插座和具。

接线符合设计和安装的安全标准。允许的电线和电缆类型和尺寸是根据电路的工作电压和电流能力指定的,对环境条件有进一步的限制,例如环境温度范围、湿度水平以及暴露于阳光和化学品。

建筑物布线系统内的相关电路保护、控制和配电设备受电压、电流和功能规范的约束。接线安全规范因地区、国家或地区而异。国际电工委员会(IEC)正试图协调成员国之间的布线标准,但设计和安装要求仍然存在显着差异。

接线实务守则和规定

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接线安装规范和法规旨在保护人员和财产免受电击和火灾危害。它们通常基于由国家或国际标准组织(例如IEC)制定的模型代码(有或没有当地修订)。

澳大利亚和新西兰

在澳大利亚和新西兰,通常称为布线规则的AS/NZS3000标准规定了电气设备的选择和安装以及此类安装的设计和测试的要求。该标准在新西兰和澳大利亚都是强制性的;因此,该标准涵盖的所有电气工作都必须遵守。

欧洲

欧洲国家,已尝试在IEC标准、IEC60364建筑物电气安装中统一国家布线标准。因此,国家标准遵循相同的章节和章节系统。但是,该标准并非以可以很容易地作为国家布线代码采用的语言编写。它也不是为电气技工和检查员现场使用而设计的,用于测试是否符合国家布线标准。相比之下,NEC或CSAC22.1等国家规范通常体现了IEC60364的共同目标,但以允许对电气系统安装和检查人员进行指导的形式提供了具体规则。

德国

德国DIN和VDE电工、电子和信息技术委员会(DKE)(DeutscheKommissionElektrotechnikElektronikInformationstechnikinDINundVDE)是负责颁布电气标准和安全规范的组织。DINVDE0100是与IEC60364协调一致的德国布线法规文件。

北美

美国的xxx个电气规范于1881年起源于纽约,用于规范电气照明的安装。自1897年以来,由保险公司组成的私营非营利性协会美国国家消防协会发布了国家电气规范(NEC)。州、县或市通常通过参考将NEC与当地差异一起包含在其当地建筑规范中。NEC每三年修改一次。这是一个考虑相关方建议的共识代码。这些提案由工程师、商人、制造商代表、消防员和其他受邀者组成的委员会研究。

自1927年以来,加拿大标准协会(CSA)制定了加拿大电气装置安全标准,这是省级电气规范的基础。CSA还制定了加拿大电气规范,其2006年版引用了IEC60364(建筑物的电气装置),并指出该规范在第131节中阐述了电气保护的基本原则。加拿大规范重印了IEC60364的第13章,但该章没有列出任何数字标准来评估任何电气装置的充分性。

尽管美国和加拿大的国家标准处理相同的物理现象和大致相似的目标,但它们偶尔会在技术细节上有所不同。作为北美自由贸易协定(NAFTA)计划的一部分,美国和加拿大的标准在一个被称为协调的过程中逐渐趋同。

英国

英国,布线安装受电气安装工程和技术要求协会的监管:IEE布线规则,BS7671:2008,与IEC60364协调一致。第17版(2008年1月发布)包括新的章节:微型发电和太阳能光伏系统.xxx版于1882年发布。2018年,第18版布线法规BS7671:2018发布并于2019年1月生效,BS7671:2018Amendment1于2020年2月发布。BS7671是英国的标准电气行业遵守BS7671,现在通过2002年电力、安全、质量和连续性法规要求遵守BS7671。{2002年电力、安全、质量和连续性法规}

按地区划分的接线颜色编码

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在典型的电气代码中,电线的一些颜色编码是强制性的。每个国家、州或地区都存在许多当地规则和例外情况。较旧的安装在颜色代码上有所不同,并且颜色可能会随着绝缘暴露于热、光和老化而褪色。

欧洲

自2011年3月起,欧洲电工标准化委员会(CENELEC)要求使用绿色/黄色电缆作为保护导体,蓝色作为中性导体,棕色作为单相导体。

美国

美国国家电气规范要求使用裸铜或绿色或绿/黄绝缘保护导体,白色或灰色中性线,任何其他颜色用于单相。NEC还要求高脚三角形系统的高脚导体具有橙色绝缘,或通过其他合适的方式(例如标记)进行识别。在1971年NEC采用橙色作为高腿的建议颜色之前,某些地区为此目的使用红色是常见的做法。

NEC的引入明确指出它不是设计手册,因此为未接地或热导体创建颜色代码超出了NEC的范围和目的。然而,一个常见的误解是该规范要求对热导体进行颜色编码。

在美国,三相系统导体的颜色编码遵循事实上的标准,其中黑色、红色和蓝色用于三相120/208伏系统,棕色、橙色或紫色和黄色用于用于277/480伏系统。(紫罗兰避免与NEC的高脚三角形规则相冲突。)在具有多个电压系统的建筑物中,两个系统的接地导体(中性线)需要单独标识并区分,以避免跨系统连接。大多数情况下,120/208伏系统使用白色绝缘,而277/480伏系统使用灰色绝缘,尽管这种特殊的颜色代码目前不是NEC的明确要求。但是,一些地方司法管辖区确实在其当地建筑规范中指定了所需的颜色编码。

英国

英国要求使用覆盖有绿色/黄色条纹绝缘层的电线进行安全接地(接地)连接。这一不断发展的国际标准因其独特的外观而被采用,以减少安全接地(接地)线与其他电气功能发生危险混淆的可能性,尤其是受红绿色盲影响的人。

在英国,可以通过使用彩色指示灯(红色、黄色和蓝色)将阶段识别为带电。棕色、黑色和灰色的新电缆颜色不适合彩色指示器。出于这个原因,三相控制面板经​​常使用旧颜色的指示灯。

颜色、固定和柔性电缆

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接线方式

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建筑物内部电气系统布线的材料因以下因素而异:

例如,单户住宅或复式住宅中的布线系统简单,电力需求相对较低,建筑结构和布局不经常变化,通常具有干燥、适中的温度和无腐蚀性的环境条件。在轻型商业环境中,可能会更频繁地更换接线,可能会安装大型设备,并且可能会出现特殊的高温或潮湿条件。重工业有更苛刻的布线要求,例如非常大的电流和更高的电压、设备布局的频繁变化、腐蚀性或潮湿或爆炸性环境。在处理易燃气体或液体的设施中,特殊规则可能会管理危险区域中电气设备的安装和接线。

电线和电缆是根据电路电压、温度等级和可以使用的环境条件(水分、阳光、油、化学品)来评定的。电线或电缆具有额定电压(对中性线)和xxx导体表面温度额定值。电缆或电线可以安全承载的电流量取决于安装条件。

国际标准电线尺寸在国际电工委员会的IEC60228标准中给出。在北美,使用美国线规标准来确定电线尺寸。

电缆

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现代布线材料

现代非金属护套电缆,例如(美国和加拿大)NMB和NMC型,由两到四根覆盖有热塑性绝缘材料的电线和一根用于保护性接地/接地(连接)的电线组成,并被柔性塑料护套包围。在北美和英国,这种导体通常是裸线,但在英国,要求将这种裸露的保护性接地(PE)导体包裹在绿色/黄色绝缘管中,其中电缆护套已被移除。大多数其他司法管辖区现在要求保护接地导体的绝缘标准与具有绿色/黄色绝缘的载流导体相同。

对于某些电缆,在应用塑料护套之前,单独的导体会用纸包裹起来。

特殊版本的非金属护套电缆,例如US型UF,设计用于直接地下埋藏(通常具有单独的机械保护)或可能暴露于紫外线辐射(UV)的外部使用。这些电缆的不同之处在于具有防潮结构、没有纸或其他吸收性填充物,并且被配制为抗紫外线。

橡胶合成聚合物绝缘由于其优异的防潮性而用于安装在地下的工业电缆和电力电缆。

绝缘电缆根据其允许的工作电压和导体表面的最高工作温度来评定。一条电缆可能具有多种应用额定值,例如,一个额定值用于干式安装,另一个额定值用于暴露于湿气或油中。

通常,小尺寸的单导体建筑线是实心线,因为不需要非常灵活的布线。大于10AWG(或约5mm2)的建筑导线在安装过程中被绞合以提高灵活性,但其柔韧性不足以用作电器线。

用于工业、商业和公寓建筑的电缆可能在一个整体护套中包含许多绝缘导体,带有螺旋带钢或铝铠装或钢丝铠装,也许还有一个整体PVC或铅护套,以防止潮湿和物理损坏。用于非常灵活的服务或海洋应用的电缆可能会受到编织青铜线的保护。根据模型建筑规范,在办公楼的空气处理空间(通风室)内或通过其布线的电源或通信电缆(例如,计算机网络)必须被包裹在金属导管中,或被定为低火焰和烟雾产生。

对于钢厂和类似高温环境中的某些工业用途,没有有机材料可以提供令人满意的服务。有时使用用压缩云母片绝缘的电缆。另一种形式的高温电缆是矿物绝缘电缆,将单独的导体放置在铜管内,空间填充氧化镁粉末。整个组件被拉成更小的尺寸,从而压缩粉末。这种电缆具有经过认证的耐火等级,并且比非防火电缆更昂贵。它们几乎没有灵活性,并且表现得更像刚性导管而不是柔性电缆

安装电线的环境决定了电缆允许承载多少电流。由于捆绑在电缆中的多根导体不像单根绝缘导体那样容易散热,因此这些电路的额定载流量总是较低。电气安全规范中的表格根据导体尺寸、电压电位、绝缘类型和厚度以及电缆本身的温度额定值给出了xxx允许电流。对于潮湿或干燥位置、炎热(阁楼)或凉爽(地下)位置,允许的电流也将有所不同。在通过多个区域的电缆运行中,具有最低额定值的部分成为整个运行的额定值。

电缆通常在进入电气设备的地方用特殊配件固定;这可能是一个简单的螺丝夹,用于干燥位置的护套电缆,或者是一个聚合物密封电缆连接器,它可以机械地接合铠装电缆的铠装并提供防水连接。可以使用特殊的电缆接头来防止爆炸性气体流入护套电缆的内部,电缆通过存在易燃气体的区域。为防止电缆的各个导体的连接松动,电缆必须在设备入口附近和沿其运行的固定间隔进行支撑。在高层建筑中,需要特殊设计来支撑电缆垂直走线的导体。通常,每个配件只允许使用一根电缆,

安装在船上的电缆需要特殊的电缆结构和端接技术。这种组件受到环境和机械极端的影响。因此,除了电气和防火安全问题之外,还可能要求此类电缆在它们穿过船舶的舱壁时具有耐压性。它们还必须抵抗由盐水或盐雾引起的腐蚀,这是通过使用更厚的、特殊构造的护套和对单个电线支架镀锡来实现的。

在北美的实践中,从电线杆上的变压器到住宅电力服务的架空电缆通常由三根绞合(三重)导体组成,一根是裸露的中性导体,另外两根是用于两者的绝缘导体两个180度异相120V线电压通常提供。中性线通常是支撑吊索钢丝,用于支撑绝缘线路导体。

铜导体

电气设备经常使用铜导体,因为它们的特性包括高导电性、抗拉强度、延展性、抗蠕变性、耐腐蚀性、导热性、热膨胀系数、可焊性、抗电过载、与电绝缘体的兼容性,以及易于使用的安装。铜用于许多类型的电线。

铝导体

由于铜成本的上涨,铝线在1960年代后期至1970年代中期的北美住宅布线中很常见。由于其更大的电阻率,铝线需要比铜更大的导体。例如,在典型的15安培照明电路上,铝线不是14AWG(美国线规)铜线,而是需要12AWG,尽管当地建筑规范有所不同。

实心铝导体最初是在1960年代由实用级铝合金制成的,该铝合金对建筑电线具有不良特性,并与用于铜导体的布线设备一起使用。这些做法被发现会导致有缺陷的连接和潜在的火灾危险。在1970年代初期,引入了由几种特殊合金中的一种制成的新铝线,所有设备——断路器、开关、插座、接头连接器、电线螺母等——都是为此目的而专门设计的。这些较新的铝线和特殊设计解决了不同金属之间的连接、金属表面氧化以及随着温度升高不同金属以不同速率膨胀而发生的机械效应的问题。

与铜不同,铝在压力下容易蠕变或冷流,因此较旧的普通钢螺钉夹紧连接可能会随着时间的推移而松动。为铝导体设计的较新的电气设备具有旨在补偿这种影响的功能。与铜不同,铝在表面形成绝缘氧化层。这有时可以通过在接头处用抗氧化糊剂(在低残留聚丁烯基中含有锌粉)涂覆铝导体,或通过在安装过程中应用旨在突破氧化层的机械端接来解决。

仅为铜线设计的布线设备上的某些终端在大电流负载下会过热,并在与铝导体一起使用时会引起火灾。制定了电线材料和布线设备的修订标准(例如CO/ALR铜铝修订名称)以减少这些问题。虽然更大的尺寸仍用于为电气面板和大型设备供电,但住宅用铝线的名声很差,已经失宠。

铝导体仍然大量用于大电流传输、配电和具有大电流负载的大型馈线电路,因为它们比铜布线具有各种优势。铝导体的成本和重量都低于铜导体,因此在相同重量和价格的情况下,可以使用更大的横截面积。这可以补偿铝的更高电阻和更低的机械强度,这意味着需要更大的横截面积才能实现相当的电流容量和其他特性。铝导体必须与兼容的连接器一起安装,并且必须特别注意确保接触表面不会氧化。

跑道和电缆运行

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绝缘线可以在电气设备之间以多种形式之一运行。这可能是一种专门的可弯曲管道,称为导管,或者是多种金属(硬钢或铝)或非金属(PVC或HDPE)管道中的一种。如果需要许多电路,可以使用矩形横截面的金属或PVC线槽(北美)或线槽(英国)。铺设在地下的电线可能会在包裹在混凝土中的塑料管中铺设,但金属弯头可用于剧烈拉力。暴露区域(例如工厂地板)中的布线可以在电缆桥架或带盖的矩形管道中运行。

在布线或固定布线的管道必须穿过防火等级的墙壁和地板的地方,当地建筑规范要求对开口进行防火。如果在发生意外火灾时必须保持安全关键线路正常运行,则必须采用防火措施以符合产品认证清单的方式保持电路完整性。与布线和管道一起使用的任何被动防火材料的性质和厚度对载流量降额具有可量化的影响,因为耐火所需的隔热性能也会抑制电源导体的空气冷却。

电缆桥架用于许多绝缘电缆一起铺设的工业区域。单根电缆可以随时从托盘中引出,简化了布线安装,降低了安装新电缆的人工成本。电力电缆可能在托盘中具有配件以保持导体之间的间隙,但通常安装小型控制线,而电缆之间没有任何有意的间距。

当地电气法规可能会限制或对一个电缆桥架内的电压水平混合提出特殊要求。例如,良好的设计实践可以将低电平测量或信号电缆与承载大功率分支电路的托盘分开,以防止将噪声感应到敏感电路中。

由于在管道或地下运行的电线不能像在露天那样容易地散热,而且由于相邻电路会产生感应电流,因此布线法规规定了确定电流容量(载流量)的规则。

特殊密封配件用于通过潜在爆炸性环境布线。

母线、母线槽、电缆母线

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对于电气设备中的非常高的电流,以及通过建筑物分布的高电流,可以使用汇流条。(总线一词是拉丁语综合的缩写——意思是所有人。)这种系统的每个带电导体都是一块刚性的铜或铝,通常是扁条(但有时是管材或其他形状)。开放式母线从未在公共区域使用,尽管它们用于制造厂和电力公司开关场以获得空气冷却的好处。一种变体是使用较重的电缆,尤其是在需要转换或滚动相位的地方。

在工业应用中,导体条通常与接地外壳中的绝缘体预组装在一起。该组件称为母线槽或母线槽,可用于连接大型开关设备或将主电源馈入建筑物。一种称为插入式总线的母线槽用于在建筑物的长度上分配电力;它的构造允许在总线沿线的指定位置安装分接开关或电机控制器。该方案的一大优势是能够在不移除整个管道电压的情况下移除或添加分支电路。

母线槽可以将所有相线导体放在同一个外壳中(非隔离母线),也可以使每个导体通过接地屏障与相邻相区隔开(隔离母线)。为了在设备之间传导大电流,使用电缆总线。

对于难以提供电路保护的发电站或变电站中的非常大的电流,使用隔离相总线。电路的每一相都在单独的接地金属外壳中运行。xxx可能的故障是相接地故障,因为外壳是分开的。这种类型的总线可以额定高达50,000安培和高达数百千伏(在正常服务期间,不仅仅是故障),但不用于传统意义上的建筑布线。

配电盘

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电气面板是易于使用的接线盒,用于重新布线和切换电气服务。该术语通常用于指代断路器面板或保险丝盒。当地法规可以指定面板周围的物理间隙。

害虫的退化

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松鼠、老鼠和其他啮齿动物可能会啃咬未受保护的电线,导致火灾和触电危险。对于PVC绝缘电话和计算机网络电缆尤其如此。已经开发了几种技术来阻止这些害虫,包括装有胡椒粉的绝缘材料。

早期接线方法

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xxx个内部电源布线系统使用裸露或用布覆盖的导体,这些导体通过订书钉固定在建筑物的框架或踏板上。导体穿过墙壁的地方,用布胶带保护。拼接的方式与电报连接类似,并且为了安全而焊接。地下导体用浸泡在沥青中的布带包裹起来绝缘,然后铺设在木槽中,然后将其掩埋。由于存在触电和火灾的危险,加上这种安装的人工成本高,这种布线系统不能令人满意。xxx个电气规范1880年代随着电力的商业引入而出现;然而,在选择电线尺寸和电气安装的其他设计规则方面存在许多相互矛盾的标准,并且出于安全考虑,需要引入统一性。

旋钮和管子(美国)

最早在1880年至1930年代在北美普遍使用的建筑物布线标准化方法是旋钮和管(K&T)布线:单导体穿过墙壁和天花板的结构构件之间的空腔,形成陶瓷管通过连接到结构构件的托梁和陶瓷旋钮的保护通道,以在电线和木材之间提供空气并支撑电线。由于空气可以在电线上自由流通,因此可以使用比电缆中所需的更小的导体。通过在建筑结构构件的相对侧布置电线,可以防止因同时将钉子钉入两个导体而引起的短路。

到1940年代,安装两根导线而不是一根电缆的人工成本导致新的旋钮和管式安装数量下降。但是,美国规范仍然允许在特殊情况下(一些农村和工业应用)安装新的K&T布线。

金属护套电线

在英国,一种早期形式的绝缘电缆于1896年推出,由两根浸渍纸绝缘导体组成,导体包裹在一个整体的铅护套中。焊接接头,灯座和开关使用特殊配件。这些电缆类似于当时的地下电报和电话电缆。纸绝缘电缆被证明不适合内部布线安装,因为铅护套需要非常仔细的工艺以确保水分不会影响绝缘。

后来于1908年在英国发明的系统采用硫化橡胶绝缘线封装在带状金属护套中。金属护套与每个金属接线装置粘合,以确保接地连续性。

德国开发的一种称为Kuhlo线的系统在黄铜或铅涂层铁皮管中使用一根、两根或三根橡胶绝缘线,并带有卷边接缝。外壳也可以用作回路导体。Kuhlo线可以暴露在表面上并涂漆,或嵌入石膏中。为灯和开关制作了特殊的插座和接线盒,由瓷器或钢板制成。压接缝不像英格兰使用的Stannos线那样防水,后者具有焊接护套。

电气线路

1905年左右在美国引入了一种称为同心布线的类似系统。在该系统中,绝缘电线用铜带包裹,然后焊接,形成布线系统的接地(返回)导体。裸露的金属护套处于接地电位,被认为是可以安全触摸的。虽然通用电气等公司为该系统制造了配件,并为一些建筑物连接了它,但它从未被美国国家电气规范采用。该系统的缺点是需要特殊的配件,并且护套连接中的任何缺陷都会导致护套通电。

其他历史接线方法

早在1906年就使用了在柔性金属护套中带有两根橡胶绝缘导体的铠装电缆,当时被认为是比开放式旋钮和管状布线更好的方法,尽管价格要贵得多。

用于美国建筑布线的xxx个橡胶绝缘电缆于1922年推出,美国专利1458803,Burley,Harry&Rooney,Henry,Insulatedelectricwire,发布于1923-06-12,转让给波士顿绝缘电线和电缆。这些是两根或多根带有橡胶绝缘层的实心铜电线,每根导体上都有编织棉布以保护绝缘层,还有一个整体编织的外套,通常用焦油浸渍以防潮。蜡纸用作填料和隔板。

随着时间的推移,橡胶绝缘电缆会因为暴露在大气中的氧气中而变脆,因此必须小心处理,并且通常在翻新时更换。更换开关、插座或灯具时,仅仅拧紧连接就可能导致硬化的绝缘层从导体上剥落。由于减少了与氧气的接触,电缆内部的橡胶绝缘层通常比连接处暴露的绝缘层处于更好的状态。

硫化橡胶绝缘层中的硫会腐蚀裸铜线,因此导体被镀锡以防止这种情况发生。停止使用橡胶后,导体恢复为裸露状态。

大约在1950年,PVC绝缘和护套被引入,特别是用于住宅布线。大约在同一时间,具有较薄PVC绝缘层和薄尼龙护套的单导体(例如US型THN、THHN等)变得普遍。

最简单的电缆形式是将两根绝缘导体绞合在一起形成一个单元。这种带有两个(或更多)导体的非护套电缆仅用于超低压信号和控制应用,例如门铃布线。

其他已过时的固定接线方法包括:

金属模制系统具有扁平的椭圆形部分,由底条和卡扣式盖通道组成,比开放式布线或木制模制更昂贵,但可以很容易地在墙壁表面上运行。类似的表面安装管道布线系统今天仍然可用。


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词条目录
  1. 电气线路
  2. 接线实务守则和规定
  3. 澳大利亚和新西兰
  4. 欧洲
  5. 德国
  6. 北美
  7. 英国
  8. 按地区划分的接线颜色编码
  9. 欧洲
  10. 美国
  11. 英国
  12. 颜色、固定和柔性电缆
  13. 接线方式
  14. 电缆
  15. 现代布线材料
  16. 铜导体
  17. 铝导体
  18. 跑道和电缆运行
  19. 母线、母线槽、电缆母线
  20. 配电盘
  21. 害虫的退化
  22. 早期接线方法
  23. 旋钮和管子(美国)
  24. 金属护套电线
  25. 其他历史接线方法

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