Natężenie prądu, rozmiary i typy kabli: Poradnik NEC i poradnik praktyczny

Co to jest minimalne natężenie prądu?

Minimalna obciążalność obwodu (MCA) to minimalna obciążalność prądowa, jaką musi posiadać okablowanie obwodu, aby bezpiecznie zasilać określony element wyposażenia. Jest to wartość obliczona, a nie natężenie prądu roboczego urządzenia, które uwzględnia wymagania dotyczące obciążenia ciągłego, charakterystykę rozruchową silnika i wymagane przez przepisy marginesy bezpieczeństwa. W Stanach Zjednoczonych art. 440 krajowego kodeksu elektrycznego (NEC) reguluje obliczenia MCA dla urządzeń napędzanych silnikiem, takich jak urządzenia HVAC, sprężarki i systemy chłodnicze.

Standardowy wzór NEC na MCA w sprzęcie silnikowo-sprężarkowym to: MCA = 1,25 × (największy silnik FLA) suma wszystkich pozostałych obciążeń w obwodzie . Na przykład klimatyzator ze sprężarką na rysunku 14A i silnikiem wentylatora na rysunku 3A miałby MCA wynoszący (1,25 × 14) 3 = 20,5A . Przewody zasilające muszą być dobrane tak, aby przenosić prąd co najmniej 20,5 A, co oznacza, że ​​w standardowych warunkach z tabeli NEC 310.12 wymagane jest minimum miedzi 12AWG, chociaż większość instalatorów wybrałaby 10 AWG, aby spełnić również wymagania dotyczące maksymalnego zabezpieczenia nadprądowego podane na tej samej tabliczce znamionowej.

MCA różni się od maksymalnej wartości znamionowej zabezpieczenia nadprądowego (MOCP), która określa górną granicę rozmiaru wyłącznika lub bezpiecznika. Przewód musi być dobrany odpowiednio do MCA; urządzenie nadprądowe musi być zwymiarowane pomiędzy MCA i MOCP. Obie wartości są wymagane przez normę NEC 440.4(B), aby były zaznaczone na tabliczce znamionowej urządzenia. Używanie przewodu mniejszego niż MCA – nawet jeśli jest chroniony wyłącznikiem o odpowiedniej wielkości – stanowi naruszenie przepisów i ryzyko pożaru ponieważ przewodnik nie może bezpiecznie przenosić ciągłego obciążenia wymaganego przez sprzęt.

Natężenie prądu drutu według miernika: miedź i aluminium

Natężenie prądu — maksymalny prąd ciągły, jaki przewodnik może przewodzić bez przekraczania jego znamionowej temperatury izolacji — jest określany na podstawie grubości drutu (AWG lub kcmil), materiału przewodnika (miedź lub aluminium), znamionowej temperatury izolacji i metody instalacji. Poniższe wartości opierają się na tabeli NEC 310.12 dla przewodów w rurach kablowych lub kablach przy temperaturach znamionowych izolacji 60°C i 75°C w otoczeniu o temperaturze 30°C, które są najczęstszymi warunkami instalacji w rzeczywistych warunkach. Obciążalność prądowa ulega zmniejszeniu, gdy w jednym przewodzie znajduje się wiele przewodów przewodzących prąd (obniżanie wartości znamionowych ma zastosowanie w przypadku 4 lub więcej przewodów), gdy temperatura otoczenia przekracza 30°C lub gdy przewody są skupione w wolnym powietrzu.

Maksymalne natężenie prądu przewodu 10 mm

Drut miedziany 10 AWG ma obciążalność znamionową 30 A przy 60°C i 35 A przy 75°C według tabeli NEC 310.12. W okablowaniu mieszkaniowym — gdzie większość urządzeń i zakończeń ma temperaturę znamionową 60°C — praktyczny limit wynosi 30 A, dlatego 10 AWG łączy się z wyłącznikami 30 A w obwodach suszarek elektrycznych, klimatyzatorów z dużymi oknami i obwodów odgałęzień ładowarek pojazdów elektrycznych. Wartość w kolumnie 75°C ma zastosowanie tylko wtedy, gdy wszystkie zakończenia, urządzenia i sprzęt w obwodzie mają znamionową temperaturę 75°C, co ma miejsce w wielu zastosowaniach komercyjnych i przemysłowych, w których wykorzystuje się wyłączniki i panele o temperaturze znamionowej 75°C.

Maksymalne natężenie prądu dla przewodu o średnicy 8 mm

Drut miedziany 8 AWG przewodzi 40 A w temperaturze 60°C i 50 A w temperaturze 75°C. Wartość 60°C dotyczy instalacji mieszkalnych; Dlatego 8 AWG jest minimum dla obwodu 40 A i jest używane w obwodach dużych urządzeń i niektórych podpanelach. Przy temperaturze znamionowej 75°C, 8 AWG może obsłużyć obciążenia 50 A w okablowaniu komercyjnym, gdzie w całym obwodzie potwierdzono zakończenia w temperaturze 75°C. Należy pamiętać, że drut aluminiowy o średnicy 8 AWG przewodzi 40 A w temperaturze 75°C — jeden praktyczny rozmiar przekroju jest mniejszy niż miedź przy tej samej obciążalności prądowej, dlatego też aluminium o tej średnicy jest rzadziej stosowane w okablowaniu obwodów odgałęzionych, pomimo niższego kosztu w przeliczeniu na stopę.

Obciążalność miedzi 4 AWG

Miedź 4 AWG ma obciążalność znamionową 70 A (60°C) i 85 A (75°C). Jest powszechnie określany dla obwodów zasilających 70 A i 80 A, zasilania podpaneli w dodatkach mieszkalnych i obwodów odgałęzionych dla dużego komercyjnego sprzętu kuchennego. W temperaturze 75°C miedź 4 AWG może technicznie wytrzymać obciążenie 85 A, chociaż koordynacja wyłączników zwykle kończy się na 80 A jako kolejny standardowy rozmiar poniżej 85 A.

Rozmiar drutu dla typowych zastosowań serwisowych i podajników

Jaki rozmiar przewodu dla wyłącznika 50 A?

Wymagany jest obwód 50A Miedź 6 AWG lub aluminium 4 AWG przynajmniej. NEC wymaga, aby przewody obwodu odgałęzionego miały wymiary nie mniejsze niż parametry znamionowe urządzenia nadprądowego dla obwodów innych niż silnik i nie HVAC — zatem wyłącznik 50 A oznacza przewód o wartości znamionowej 50 A. W temperaturze 75°C miedź 8 AWG osiąga 50 A, ale ponieważ większość gniazd domowych i zakończeń paneli ma temperaturę znamionową 60°C, obowiązuje kolumna 60°C, a limit 40 A dla 8 AWG jest niewystarczający. Do standardowych obwodów 240 V w budynkach mieszkalnych, takich jak ładowarki EV poziomu 2, wanny z hydromasażem i kuchenki, należy używać miedzi 6 AWG z wyłącznikiem 50 A.

Rozmiar przewodu dla usługi 100 A

W przypadku wejścia lub przewodu zasilającego o natężeniu 100 A w budynkach mieszkalnych, Miedź 2 AWG lub aluminium 1/0 AWG jest wyborem standardowym. W temperaturze 75°C miedź 2 AWG przenosi prąd 115 A — wystarczający margines powyżej 100 A dla tej usługi. W przewodach wejściowych instalacji można stosować kolumnę o temperaturze 75°C zgodnie z normą NEC 230.42, ponieważ przyłącza po stronie sieci energetycznej i podstawy licznika mają odpowiednie parametry znamionowe. Opcja miedziana jest bardziej kompaktowa, ale droższa; aluminium jest opłacalnym wyborem w przypadku dłuższych przebiegów i jest dominującym materiałem na kable wejściowe do instalacji domowych w Ameryce Północnej.

Drut aluminiowy 1/0 do pracy 100 A

Aluminium 1/0 AWG ma obciążalność 120 A w temperaturze 75°C , co czyni go standardowym rozmiarem przewodu dla zastosowań w wejściach i polach zasilających 100 A w budynkach mieszkalnych, gdy używane jest aluminium. Jest on wyszczególniony w kablu wejściowym instalacji (typu SEU lub SER) oraz w kanałach kablowych biegnących od podstawy licznika do panelu głównego. Użycie aluminium 1/0 dla prądu 100 A jest w pełni zgodne z normą NEC w przypadku zakończeń w temperaturze 75°C, co jest standardem w przypadku głównych wyłączników i podstaw liczników mediów. Połączenia aluminiowe tej wielkości wymagają stosowania środka przeciwutleniającego na wszystkich zakończeniach oraz końcówkach i złączach wykonanych z aluminium — niezastosowanie osprzętu przystosowanego do aluminium jest główną przyczyną przegrzania aluminiowych końcówek przewodów.

Obciążalność 1/0 miedzi

Miedź 1/0 AWG przewodzi 125 A w temperaturze 60°C i 150 A w temperaturze 75°C. Stosowany jest do zasilaczy serwisowych 125 A i 150 A, zasilania podpaneli i dużych obwodów komercyjnych. Znaczący stopień obciążalności prądowej pomiędzy 1/0 a 3/0 miedzi (150 A w porównaniu z 200 A przy 75°C) sprawia, że ​​te dwa rozmiary są standardowym wyborem dla zastosowań serwisowych odpowiednio 150 A i 200 A.

Obciążalność drutu miedzianego 3/0

Miedź 3/0 AWG ma obciążalność znamionową 165 A (60°C) i 200 A (75°C) , co czyni go standardowym przewodnikiem dla zastosowań w budynkach mieszkalnych i głównych liniach zasilających 200 A. Panel główny 200 A zasilany przewodem miedzianym 3/0 z podstawy licznika jest najczęstszą konfiguracją w nowych budynkach mieszkalnych w Stanach Zjednoczonych. W przypadku aluminium 200 A zwykle wymagane jest 350 kcmil — znacznie więcej fizycznie niż w przypadku miedzi 3/0, co ilustruje, dlaczego miedź jest preferowana tam, gdzie jest ograniczone wypełnienie przewodu lub fizyczna przestrzeń prowadzenia.

Obciążalność przewodu 8/4 SOW

SOOW to przenośny przewód zasilający — oznaczenie dzieli się na: S (klasa użytkowania, 600 V), O (płaszcz zewnętrzny olejoodporny), O (izolacja olejoodporna), W (odporny na warunki atmosferyczne i wodę). Jest to elastyczny, wielożyłowy przenośny przewód używany do tymczasowego zasilania, podłączania urządzeń przemysłowych, generatorów i dystrybucji zasilania na scenach/imprezach. 8/4 SOOW oznacza cztery przewody, każdy 8 AWG.

Obciążalność przewodów elastycznych reguluje tabela NEC 400.5(A), która jest odrębna od tabel obciążalności prądowej przewodów stałych. Przewody 8 AWG w elastycznym przewodzie mają natężenie znamionowe 40 A na przewód zgodnie z tabelą NEC 400.5(A)(1) dla przewodów z 4 lub mniejszą liczbą przewodów przewodzących prąd. W przewodzie 8/4 SOOW używanym do zasilania trójfazowego (trzy przewody pod napięciem i jeden uziemienie) trzy przewody przewodzą prąd — w ramach limitu 4 przewodów — zatem obowiązuje wartość znamionowa 40 A bez obniżania wartości znamionowych. Przewód jest zwykle zakończony złączami typu Twist-Lock (NEMA L14-30 lub L15-50 do typowych zastosowań generatorowych i scenicznych) i ma parametry znamionowe 40 A przy 600 V.

Przewód SOOW nie powinien być używany jako substytut stałego okablowania budynku. Jest przystosowany do użytku przenośnego i tymczasowego, a artykuł 400 NEC zabrania jego stosowania jako metody stałego okablowania. Nie nadaje się również do bezpośredniego zakopania w ziemi ani montażu wewnątrz ścian.

Kabel przeznaczony do bezpośredniego zakopania w ziemi

Kabel do bezpośredniego zakopania w ziemi został specjalnie zaprojektowany do instalowania pod ziemią bez przewodu, w bezpośrednim kontakcie z glebą. Wymaga płaszcza i systemu izolacji, który jest odporny na wnikanie wilgoci, chemikalia z gleby, nacisk gruntu i cykliczne zmiany temperatury bez degradacji w ciągu 25–40 lat żywotności. Standardowe typy kabli wewnętrznych — przewód NM-B (Romex), THHN lub SOOW — nie są przystosowane do bezpośredniego zakopywania i szybko ulegają uszkodzeniu po zakopaniu.

Główne typy kabli do bezpośredniego zakopania ziemi uznane przez NEC obejmują:

• UF-B (podziemny kabel zasilający i odgałęźny): Standard bezpośredniego pochówku w budynkach mieszkalnych. Przewodniki są indywidualnie izolowane i otoczone solidną osłoną z PVC, która wypełnia szczeliny między przewodnikami, zapewniając odporność na wilgoć w całym przekroju kabla. UF-B jest przystosowany do pracy w temperaturze 60°C w wilgotnych warunkach i wymaga minimalnej głębokości zakopania wynoszącej 24 cale w przypadku bezpośredniego zakopania lub 12 cali w przypadku zabezpieczenia GFCI zgodnie z tabelą NEC 300.5.
• USE-2 (wejście podziemne): Dostosowane do zastosowań związanych z bezpośrednim zakopaniem i wejściem serwisowym. Przewody USE-2 są odporne na światło słoneczne i wytrzymają temperaturę 90°C w warunkach mokrych i suchych, dzięki czemu nadają się do okablowania systemów fotowoltaicznych i bocznych przebiegów serwisowych od transformatora sieciowego do podstawy licznika.
• THWN-2 / XHHW-2 w peszle: W przypadku podziemnych linii zasilających o większym natężeniu prądu poszczególne przewody o parametrach znamionowych do pracy w środowisku wilgotnym są przeciągane przez przewód PVC z harmonogramu 40 lub harmonogramu 80 — przewód służy jako ochrona mechaniczna, a minimalna głębokość zakopania przewodu w wykopie jest płytsza (18 cali dla przewodu z PVC zgodnie z tabelą NEC 300.5) niż kabel do bezpośredniego zakopania w ziemi.
• Kabel korytka do bezpośredniego zakopania w ziemi (TC-ER): Stosowany w zastosowaniach przemysłowych i użyteczności publicznej do wieloprzewodowych obwodów zasilania i sterowania zakopanych bez przewodów w większych skalach.

Niezależnie od rodzaju kabla, w przypadku instalacji zakopanych bezpośrednio w ziemi należy umieścić taśmę ostrzegawczą zakopaną 12 cali nad kablem, aby ostrzec przyszłe koparki, a wszystkie połączenia muszą być wykonane w dostępnych skrzynkach przyłączeniowych lub za pomocą wypełnionych żelem, wodoodpornych zestawów połączeniowych przystosowanych do bezpośredniego zakopania w ziemi — standardowe nakrętki do przewodów i taśma elektryczna nie są odporne na wilgoć i zawodzą pod ziemią.

Kabel pionowy a kabel Plenum: jaka jest różnica?

Podnośnik i komora to wskaźniki odporności ogniowej kabli komunikacyjnych i niskonapięciowych – a nie kabli zasilających – które określają, gdzie można zainstalować określone typy kabli w zależności od ich zachowania podczas pożaru budynku. Wartości znamionowe istnieją, ponieważ powłoki kabli i związki izolacyjne podczas spalania mogą uwalniać toksyczne gazy i rozprzestrzeniać płomienie przez ścieżki powietrzne w budynku. NEC (artykuł 800 dotyczący komunikacji, art. 770 i 820 dotyczący światłowodów i koncentrycznego) oraz przepisy budowlane wymagają określonych parametrów znamionowych kabli dla określonych lokalizacji.

Kabel plenum (CMP)

Plenum to dowolna przestrzeń wykorzystywana do cyrkulacji powietrza w systemie HVAC budynku — w tym przestrzeń powietrzna nad podwieszanymi sufitami (w przypadku stosowania jako komory powietrza powrotnego) i podniesionymi podłogami wykorzystywanymi do dystrybucji klimatyzowanego powietrza. Kabel przystosowany do przestrzeni plenum (oznaczony CMP dla Communications Multifunction Plenum) muszą spełniać najbardziej rygorystyczne normy w zakresie odporności ogniowej i wytwarzania dymu: UL910 (test w tunelu Steinera), który mierzy zarówno rozprzestrzenianie się płomienia, jak i gęstość dymu. Płaszcze kabli Plenum są zwykle wykonane ze związków o niskiej zawartości dymu i zmniejszających palność, takich jak fluorowany etylen-propylen (FEP) lub specjalnie opracowany PVC. Kabel przestrzeni nadsufitowej jest wymagany zgodnie z przepisami w każdym kablu przebiegającym przez przestrzenie powietrzne nad przestrzenią nadsufitową. Jest to najdroższy poziom klasyfikacji kabli.

Kabel pionowy (CMR)

Kabel typu Riser (CMR) jest testowany zgodnie z normą UL1666 (Test płomienia pionu), która ocenia odporność kabla na rozprzestrzenianie się płomienia w pionie między podłogami – co jest krytycznym problemem w szybach, klatkach schodowych lub kanałach przechodzących przez zespoły podłogowe. Kabel pionowy musi być samogasnący i nie przenosić płomienia z jednej kondygnacji na drugą, ale nie musi spełniać wymagań dotyczących niskiej gęstości dymu dla kabla rozprężnego. W kablu pionowym zastosowano standardowe osłony z PCV lub podobne i kosztują mniej niż plenum. Jest odpowiedni do pionowych przebiegów w kanałach kablowych lub korytkach kablowych, które przechodzą przez podłogi, ale nie wchodzą do przestrzeni powietrznych.

Hierarchia substytucji

Zasady zastępowania parametrów znamionowych kabli NEC mają ścisłą hierarchię: plenum (CMP) może zastąpić kabel pionowy (CMR), kabel ogólnego przeznaczenia (CM) lub kabel o ograniczonym zastosowaniu (CMX) w dowolnym miejscu . Riser może zastąpić kabel ogólnego przeznaczenia lub kabel o ograniczonym zastosowaniu. Kable ogólnego przeznaczenia nie mogą być stosowane w pionach ani przestrzeniach nadsufitowych. Oznacza to, że instalator zawsze może zastosować kabel o wyższej wartości znamionowej zamiast kabla o niższej wartości znamionowej, ale nigdy odwrotnie. Praktyczne implikacje: budynek okablowany w całości kablem przeznaczonym do przestrzeni nadsufitowej jest wszędzie w pełni zgodny z przepisami, ale przy znacznie wyższych kosztach materiałowych niż w przypadku stosowania pionów w szybach i przestrzeni nadsufitowej tylko w pomieszczeniach wentylacyjnych.