电压、电流和电阻

三个基本要素

每个电气系统都依赖于三个可测量的数量:

电压(V) 是电力压力: 推动电子通过导线的力量。 想象成水压在管道中。 在美国, 住宅插座提供 120伏特。 大型家用电器如烘干机和炉子使用 240伏特。

电流(I) 是电子流动, 以安培(安)为单位测量。 想象成水流通过管道的体积。 一个典型的家庭电路携带 15 或 20安培。

电阻（R）是对电流的抵抗，单位为欧姆。每根线路、每个设备、每个连接都有电阻。电阻将电能转化为热能：这是烤面包机工作的原理，也是电火灾发生的原因。

欧姆定律：V = I x R。电压等于电流乘以电阻。如果你知道任意两个，你可以计算出第三个。这条公式是你将来会做的每个电气计算的基础。

交流电与直流电以及家庭用电

直流电

美国的家庭用电是交替电流（AC），频率为60Hz：电流每秒钟逆转60次。AC在一百年前胜过直流电（DC）因为它可以升压到高电压进行高效的长距离传输，然后降压到家里安全使用。

您的供电公司将240伏特的电力送到您的房子里，通过两个热腿，每个热腿相对中性线有120伏特。一个标准插座使用一个热腿和中性线提供120V。一个240V插座使用两个热腿。

瓦特（W）=伏特（V）x安培（A）。一个功率为1,500瓦特的空气加热器在120V电路上吸收12.5安培。这很重要，因为一个标准的15安培电路在连续负载时只能安全地提供其额定容量的80%：即12安培。一个空气加热器几乎使电路达到最大。

主断路箱

系统的大脑

服务面板（断路器箱）是电力供应进入您的家庭的位置，并将电力分成单独的分支电路。家里每根线缆都通往这个面板。

主断路器位于顶部。它通常具有100、150或200安培的额定值，能够一次性断开整个家庭的电力。新建房产几乎总是有200安培的服务。

主断路器下面是分支电路断路器的行。每个断路器保护一个电路：一组插座、灯光或专用的电器。常见的额定值为15安培（用于照明和一般插座）和20安培（用于厨房、浴室和车库插座）。

较大的断路器：30、40、50安培：为干衣机（30A）、炉子（40-50A）和空调机组的240V专用电路。

接地和中性

最被误解的概念

人们经常把中性和接地搞混。它们在服务面板上连接在一起，但它们的作用不同。

中性（白色线）是电流的正常回路。电流在热线上流出，通过负载，返回于中性。它在正常运行期间携带电流。

接地（光或绿色线）是紧急回路。它在正常运行期间不携带电流。它的存在只是为了在出现问题时，如热线触摸到金属电器机箱时，提供一个安全路径回到面板，触发断路器。

没有接地，一次故障将使洗衣机的金属壳带电。您触摸它，电流通过您流向地面，产生电击，甚至更糟。接地线为故障电流提供了一个回到面板的简单路径，从而触发断路器。

中性和接地只在主面板上连接。 在其他地方连接则创建并行回路，可能将电流带到接地线上，这是违反规范和安全隐患。

线径和容量

选择正确的线

线径使用 AWG (美国线径)来度量。数字顺序与直觉相反：数字越小，线径越大。14 AWG 比 12 AWG 更薄，后者比 10 AWG 更薄。

每根线径有一个安全最大电流容量，称为容量：

- 14 AWG：15安培（照明电路）

- 12 AWG：20安培（厨房、浴室、车库插座）

- 10 AWG：30安培（烘干机、热水器）

- 8 AWG：40安培（炉子、烤面板）

- 6 AWG：55安培（大型空调、分配板）

使用线径过小是火灾隐患。 一个 14 AWG 线在 20安培断路器上的断路器会在断路器跳动之前过热。NEC 要求线径始终与或超过断路器等级。

NM-B 电缆和颜色编码

墙内的内容

大多数住宅用电使用 NM-B 电缆（通常称为 Romex，一个品牌名称）。它将多个绝缘导线和一个裸地线包裹在塑料外套中。

电缆上标有其内容。14/2 NM-B 表示两个 14 AWG绝缘导线（热和中性）以及一个裸地线。12/3 NM-B 表示三个 12 AWG绝缘导线（两个热和一个中性）以及一个地线：用于 3-way 开关电路和分配插座。

线的颜色编码

- 黑色：热（将电流传递给负载）

- 白色：中性（电流返回路径）

- 裸铜或绿色：地线（安全/紧急路径）

- 红色：第二热（用于 240V 电路和 3-way 开关）

- 蓝色和黄色：额外的热（通常在商业导管中，住宅 NM-B 中罕见）

这些颜色不是建议,而是电工依赖的约定。将中性线误以为是热线,可以使电路某些部分具有能量,而这些部分原本可以安全触摸。

并联电路与串联电路

设备的连接方式

在串联电路中,设备是连成一条线:电流通过一个设备,然后是下一个设备。如果一个设备失效,整个电路都无法工作。老式的圣诞灯就是这样工作的:一个灯泡烧坏,整个串就变暗。

在并联电路中,每个设备独立地连接在热线和中性线之间。如果一个设备失效,其他设备依然可以工作。这就是住宅插座工作的方式:电路上的每个插座都是并联连接的。

这解释了为什么你可以从一个插座拔下一盏灯,而同一电路上的其他插座仍然有电力。每个插座都提供全120伏特,不管其他插座在做什么。

然而,电路上所有设备共享可用电流。如果将太多高耗电设备插入同一个15安培电路的插座,断路器就会跳:这不是因为任何单个设备太多,而是因为总电流超过了电路额定值。

插座、开关和保护装置

保护装置

GFCI (地电路中断器)插座会监测热和中性电流之间的平衡。如果电流通过你的身体泄漏5毫安：例如，如果电流泄漏到地面：GFCI在1/40秒内立即断开电路。《国家电器代码》(NEC)要求浴室、厨房、车库、户外以及任何接近水的地方安装GFCI保护插座。

AFCI (弧电路中断器)断路器可以检测到危险的弧电流：当电线受损、连接松动或者墙里电缆被钉住时就会产生弧电流。弧电流是电气火灾的主要原因之一。从2014年开始，《国家电器代码》要求在大多数住宅分支电路上安装AFCI保护。

开关

一个 单极开关 可以控制一个灯从一个位置。它有两个青铜端子和一个地面端子。它只需打开和关闭热线。

一个 3路开关 可以从两个位置控制灯光：例如楼梯的顶部和底部。它使用两个3路开关通过 旅行线 (14/3或12/3电缆中的红色和黑色)相互连接。切换逻辑是通过交换旅行线上的电流来实现，允许任何一个开关来切换灯光。

英国电线标准

英国与美国供电

英国使用 230V单相 电源， 50Hz 频率：与美国的120/240V分相电源和60Hz频率相对。更高的电压意味着在相同功率下电流更小，这会影响整个系统的线缆尺寸和设备设计。

电线颜色(2004年后，统一了与欧盟的标准)

- 棕色：活线（相当于美国的黑色/热线）

- 蓝色：中性线（相当于美国的白色）

- 绿色/黄色条纹：地线（相当于美国的裸铜地线）

旧英国颜色(之前2004年)

在老式房子里依然常见: 红色 表示活线, 黑色 表示中性线, 绿色 表示地线。在处理老式英国房产时,电工必须先确定哪种颜色编码适用再动手。

BS 1363 融合插座

英国插座使用 BS 1363 三芯矩形插头标准。其定义特点是每个插座都包含自己的保险丝(灯泡和电子设备为3A,高功率设备为13A)。这意味着每个设备在连接到插座之前都携带着自己的过流保护。英国插座没有保险丝,保护功能随插头一起携带。

消费单位

英国的断路器箱。包含 MCB (微型断路器) 和 RCD (剩余电流装置):相当于美国的 GFCI。现代英国安装使用 RCBO (剩余电流断开器与过流保护),将 MCB 和 RCD 整合为单个设备,为每个电路提供过流和剩余电流保护。

环形最终电路

基本区别:辐射型 vs 环形

美国电缆使用 辐射电路 (直达):从控制面板到第一个插座,再到下一个以此类推,直到最后一个。只有一个路径进去,没有路径出去。

英国电缆使用 环形最终电路 :电缆从消费单位出发,环绕每个楼层的插座,并返回到相同的MCB,形成一个闭合的环。每个插座都在环上的某一点,有两个电缆从相反的方向到达。

为什么环形有效

每个插座都有两个电缆供电:一个来自环的每个方向。负载时,电流会同时从两个方向流动。结果:每个路径的电阻降低,故障电流能力更强,并且可以使用更细的电缆。 2.5mm² (大约相当于13 AWG)可以安全地为每个插座提供13A电流,在环形电路上,而在美国辐射电路上则是危险的过载。

环形电路规范 (BS 7671)

- MCB 等级: 环形最终电路的标准值为32A

- 电缆: 2.5mm²双芯与地线(相当于美国的 NM-B,包含活线,中性线和地线)

- 楼层面积限制: 每个环形电路不超过100m²(根据 BS 7671,没有插座数量限制)

- 支路: 允许:一个插座可以从环上分出一个支路(一个支路),但一个支路再插一个支路是不允许的

插座

英国插座插座遵循 BS 1363: 有盖 (设计上是防止误触的,盖子嵌入插座体中: 不需要单独的儿童安全插件). 标准安装高度: 450mm 从完成的楼面水平.

照明电路

英国照明电路运行 径向 (不是环形). 常见等级: 6A 或 10A MCB. 两种电缆方法: 连接箱方法 (从中央箱子开始的星形拓扑) 或 环形插入方法 (每个天花灯泡的电缆环形穿过). 两种方法都是符合规范的; 环形插入在现代建筑中更常见.

安全地与电气进行工作

电流会杀死您

这不是夸大其词。120伏特就足够停止您的心跳。每年都有电力事故导致死亡,无论是专业人士还是业主.

锁闭/打标签 (LOTO) 是最关键的安全程序。在任何电路上工作之前,关闭电源断路器,锁上控制面板,确保没有人可以重新打开它,并在上面打上您的名字。然后使用 无接触电压测试器 或 多功能电压表 来验证电路是否已断开。永远不要相信断开的断路器只是因为您翻开它.

电表使用 是核心技能。 多功能电压表 可测量电压、电流和电阻。 无接触电压测试器 (笔形设备,靠近活线时会发出声音) 是快速的首次检查。始终在测试您正在工作的电路之前和之后使用计量器具来验证您的电表是否正常工作。一个死的电表会给您带来误信心.

更多安全规则

- 不要在活电路上工作,除非您被特别培训并获得了进行活工作的授权.

- 对每根线缆都视为活线,直到证明不是.

- 使用具有电气工作能力的绝缘工具.

- 戴安全眼镜:线端是尖的,并具有弹簧效果.

- 在使用电气时,不要站在水里或站在湿地面上.

电工职业道路

从学徒到大师

成为电工遵循一种有序的道路：

学徒 (4-5 年): 你在一位技工的指导下工作，赚钱的同时学习。大多数学徒计划要求在职培训 8000 小时加上课堂教学。你将学习 NEC 代码、蓝图阅读、电机控制以及各种安装。学徒工资从每小时 15-20 美元起步，每年递增。

技工电工: 完成学徒期并通过技工考试后，你可以独立工作。技工电工每小时收入在 25-45 美元不等，具体取决于所在地，工会电工通常收入更高。你可以从事住宅、商业或工业项目。

大师电工: 需要额外的工作经验（通常需要在技工岗位上工作 2-4 年）以及通过大师考试。大师电工可以申请许可、开设自己的店铺以及监督其他电工。

这个行业并不会消失。每一座新房子、每一次翻修、每一个太阳能板的安装、每一个电动汽车充电器都需要电工。劳工统计局预计到 2030 年代，电工行业的就业增长率为 6-11%。