Rozmiar przewodu i obciążalność prądowa: jak czytać wykresy natężenia prądu i wybierać odpowiedni kabel

Inżynier zajmujący się konserwacją zmienia okablowanie silnika o mocy 7,5 kW na linii pakującej. Silnik pobiera 15,5 A przy pełnym obciążeniu, a ktoś sugeruje pociągnięcie miedzi 14 AWG, aby zaoszczędzić na kosztach. Działa to w przypadku czystego, chłodnego przebiegu z jednym kablem, ale kabel ten musi pokonać 60 metrów w stalowym kanale dzielonym z trzema innymi przewodnikami pod napięciem, w zakładzie, w którym latem regularnie utrzymuje się temperatura powyżej 40°C. W tych warunkach 14 AWG jest w najlepszym przypadku marginalne i, w zależności od klasy izolacji, niezgodne z przepisami .

Dlatego też rozmiar przewodu i obciążalność prądową należy czytać łącznie, a nie traktować jako pojedynczą liczbę na wykresie. Wskaźnik określa fizyczny rozmiar przewodnika; natężenie prądu określa, ile prądu może bezpiecznie przenosić w określonej instalacji. Oto, od czego zależy amperaż, jak czytać wykresy amperażu, nie oszukując się i co należy określić przy zakupie kabla do prawdziwego obwodu.

Amperowość jest granicą temperatury, a nie właściwością przewodnika

Amperaż to maksymalny prąd w amperach, który przewodnik może przewodzić w sposób ciągły w warunkach użytkowania, nie przekraczając jego temperatury znamionowej. Pomija się dwie części tej definicji. „Ciągle” oznacza godzinę po godzinie, a nie tylko przez kilka sekund uruchomienia silnika. „W warunkach użytkowania” oznacza, że ​​w odpowiedzi biorą udział temperatura otoczenia, parametry grupowania, obudowy i zakończeń.

Fizyka jest prosta: ciepło wytwarzane w przewodniku jest proporcjonalne do kwadratu prądu (I ² strata R). Miedź i aluminium tolerują to ciepło, ale otaczająca je izolacja nie. Izolacja PVC w przypadku kabli specjalistycznych ma zazwyczaj temperaturę znamionową 60°C lub 75°C, XLPE 90°C, a kauczuk silikonowy 150°C lub 180°C. Gdy izolacja osiągnie temperaturę znamionową, przewodnik osiągnął swoją obciążalność prądową.

Jak czytać tabelę rozmiarów i obciążalności przewodów

Rozmiary przewodów w Ameryce Północnej są zgodne z systemem American Wire Gauge (AWG), gdzie mniejsza liczba oznacza grubszy przewodnik. Co trzy stopnie grubości w przybliżeniu podwaja lub zmniejsza o połowę pole przekroju poprzecznego, więc 10 AWG ma w przybliżeniu dwukrotnie większą powierzchnię niż 13 AWG.

Większość wykresów obciążalności prądowej dla zastosowań w Ameryce Północnej opiera się na tabeli NEC 310.16, która zawiera listę dopuszczalnych amperów przy trzech temperaturach znamionowych izolacji: 60°C, 75°C i 90°C. Ten sam fizyczny przewód pojawia się trzy razy, ponieważ to izolacja, a nie miedź, wyznacza granicę .

Gwiazdki oznaczają zasadę dotyczącą małych przewodów w normie NEC 240.4(D): 14 AWG jest ograniczone do urządzenia nadprądowego 15 A, 12 AWG do 20 A i 10 AWG do 30 A niezależnie od wartości znamionowej izolacji. Przewód 12 AWG z izolacją 90°C może przenosić 30 A na stół, ale w przepisach nadal traktuje się go jako przewodnik 20 A dla większości obwodów.

Pięć zmiennych zmieniających natężenie prądu danego miernika

Dla dowolnego rozmiaru drutu można znaleźć ocenę hojną i konserwatywną. Różnica sprowadza się do tego, jak dobrze przewodnik odprowadza ciepło.

1. Ocena temperatury izolacji

Izolacje termoutwardzalne, takie jak XLPE i kauczuk silikonowy, wytrzymują wyższe ciągłe temperatury niż termoplastyczny PVC, umożliwiając większy prąd przy tym samym przekroju. Ale zakończenia również mają znaczenie: jeśli końcówki mają temperaturę znamionową 60°C lub 75°C, należy zastosować kolumnę 60°C lub 75°C, nawet jeśli izolacja kabla ma temperaturę 90°C. Kabel wysokotemperaturowy może przenosić znacznie większy prąd, ale tylko wtedy, gdy każde połączenie w obwodzie jest certyfikowane dla tej temperatury.

2. Temperatura otoczenia i wiązanie przewodów

Tabele obciążalności prądowej zakładają temperaturę otoczenia 30°C. W maszynowni o temperaturze 45°C przewodnik zaczyna się już bliżej granicy izolacji, więc dopuszczalny prąd spada. Współczynniki korygujące NEC mnożą wartość z tabeli przez współczynnik, który maleje wraz ze wzrostem temperatury otoczenia.

Łączenie daje podobny efekt. Kiedy cztery do sześciu przewodników przewodzących prąd dzieli jeden kanał lub tacę, nagrzewają się one nawzajem, a standardowy współczynnik dostosowania wynosi 0,80. Przy siedmiu do dziewięciu przewodnikach spada do 0,70, a przy dziesięciu do dwudziestu spada do 0,50. Kabel, który wygląda na prawidłowo dobrany jak dwużyłowy podajnik, może być za mały w zatłoczonym prowadniku kablowym.

3. Przewodniki miedziane i aluminiowe

Przy tej samej grubości aluminium ma około 61 procent przewodności miedzi, więc aby osiągnąć tę samą obciążalność prądową, potrzebny jest większy przekrój. W praktyce aluminium jest o około dwa rozmiary AWG większe: aluminium 6 AWG w temperaturze 75°C ma prąd znamionowy 50 A, tak samo jak miedź 8 AWG w temperaturze 75°C. Aluminium jest lżejsze i często tańsze, ale wymaga pasty przeciwutleniającej na zakończeniach, końcówkach przystosowanych do aluminium i szczególnej uwagi na jego większą rozszerzalność cieplną. Szczegóły za porównania obciążalności miedzi i aluminium zgodnie ze standardami NEC wyjaśnij, dlaczego reguła o dwa rozmiary większa jest najszybszym sposobem na wykrycie niedopasowania.

4. Spadek napięcia na długich dystansach

Amperowość chroni kabel przed przegrzaniem; spadek napięcia chroni obciążenie przed słabą wydajnością. Zwykle zalecane limity wynoszą 3 procent dla obwodu odgałęzionego i 5 procent dla łącznie odgałęzienia i pola zasilającego. W przypadku obwodu jednofazowego spadek napięcia jest równy 2 razy długość przewodu w jedną stronę i razy prąd razy rezystancja przewodu na 300 m, podzielone przez 1000. W obwodach trójfazowych używa się 1,732 zamiast 2. Gdy przebieg jest długi, często konieczne jest przewymiarowanie przewodu przekraczającego wymagania dotyczące obciążalności prądowej. Zależność między dostarczonym napięciem a prądem obciążenia jest opisana w naszym dokumencie przegląd efektów i poprawek dotyczących kabli napięcia wejściowego i wyjściowego .

Sprawdzony przykład: dobór drutu miedzianego do obciążenia 30 A

Weź obciążenie ciągłe o natężeniu 30 A zasilane z obwodu jednofazowego 240 V i odcinek w jedną stronę o długości 40 m (około 131 stóp). Cztery przewody przewodzące prąd dzielą jeden przewód, temperatura otoczenia wynosi 40°C, a izolacja kabla ma znamionową temperaturę 90°C.

Zacznij od kolumny 90°C tabeli obciążalności prądowej. Przewód 10 AWG ma bazową wartość znamionową 40 ​​A. Zastosowanie poprawki otoczenia 0,91 dla 40°C i korekty 0,80 dla czterech przewodów daje 40 × 0,91 × 0,80 = 29,1 A, czyli poniżej obciążenia 30 A. Przewód 8 AWG i prąd znamionowy 55 A daje 55 × 0,91 × 0,80 = 40,0 A, wygodnie powyżej obciążenia.

Do kontroli spadku napięcia na przewodzie 8 AWG wykorzystuje się rezystancję około 0,78 oma na 300 m w temperaturze 75°C. Spadek napięcia w jednej fazie wynosi 2 × 131 × 30 × 0,78 / 1000 = 6,1 V, co stanowi 2,5 procent 240 V i mieści się w normalnym 3-procentowym limicie. Gdyby długość odcinka wynosiła 100 m zamiast 40 m, spadek napięcia osiągnąłby około 6,4 procent, a właściwy wybór przesunąłby się na 6 AWG, mimo że obliczenia obciążalności zostały już pomyślnie zakończone.

Wybór kabla przemysłowego: tam, gdzie obciążalność prądowa jest skomplikowana

W przypadku stałego okablowania budynków kluczowymi kwestiami są: rozmiar przewodu, klasa izolacji i metoda instalacji. W zastosowaniach przemysłowych i urządzeniach ruchomych pojawiają się jeszcze trzy problemy: harmoniczne, ciągłe zginanie i cykl pracy.

Kable VFD: prąd nie jest czystą falą sinusoidalną

Przemiennik częstotliwości (VFD) zapewnia sygnał wyjściowy o modulowanej szerokości impulsu, zawierający harmoniczne. Harmoniczne zwiększają RMS nagrzewania przewodnika, nawet jeśli prąd podstawowy silnika wygląda na rozsądny, a szybkie krawędzie napięcia obciążają izolację. W przypadku obwodów wyjściowych napędu zwykle stosuje się ekranowany kabel z symetrycznym układem uziemienia, a obciążalność prądowa powinna uwzględniać margines dodatkowego ogrzewania. Wymagania praktyczne omówione w naszym przewodnik po wymaganiach dotyczących kabli VFD dla ekranowanego, elastycznego okablowania przemiennika warto sprawdzić przed ostatecznym wyborem rozmiaru. Do nowej instalacji napędu, z izolacją XLPE Elastyczny kabel VFD z ekranowaniem z oplotu miedzianego łączy w jednym zespole odporność na temperaturę 90°C z ciągłą osłoną EMI.

BPYJVRP XLPE Izolowany kabel VFD z izolacją PVC, oplotem miedzianym, ekranowany, elastyczny kabel S Jako dostawcy i firma BPYJVRP XLPE z izolacją PCV, oplotem miedzianym i ekranowanym elastycznym kablem VFD w Chinach, Junshuai oferuje hurtową... Zobacz produkt →

Łańcuch przeciągany i kable o ciągłym zginaniu

Żywotność przy zginaniu zależy od splotu, geometrii przewodu i materiału osłony, a nie od obciążalności prądowej. Jednak w praktyce jedno i drugie oddziałuje na siebie. W prowadniku kablowym przewody są zwykle owinięte w wiązkę i zamknięte, dlatego do każdej żyły należy zastosować współczynnik 0,80 w przypadku czterech do sześciu przewodów lub gorzej w przypadku większych wiązek. Drobne skrętki, które dobrze się wyginają, przy tym samym przekroju poprzecznym są nieco cieplejsze, ponieważ szczeliny powietrzne między żyłami zmniejszają efektywną powierzchnię przewodzącą, chociaż różnica jest na tyle mała, że ​​standardowe tabele obciążalności prądowej pozostają ważne. Płaszcz nadal musi przetrwać warunki środowiskowe, czy to PUR ze względu na odporność na olej, czy TPU ze względu na ścieranie, podczas gdy miedź pracuje z obniżoną wartością.

Kable spawalnicze: cykl pracy zmienia obliczenia

Przewody spawalnicze ilustrują znaczenie „warunków użytkowania”. Kabel spawalniczy jest przeznaczony do pracy przy niskim napięciu i wysokim natężeniu prądu z ograniczonym cyklem pracy, dlatego jest oceniany na podstawie wartości przerywanych, a nie ciągłego natężenia prądu. Wyjątkowo cienkie sploty i elastyczna gumowa osłona ułatwiają zwijanie i przeciąganie po hali produkcyjnej. A gumowy kabel spawalniczy o wysokiej wytrzymałości o odpowiednim przekroju przewodzi prąd spawacza bez przegrzania, ale ten sam kabel nie byłby właściwym wyborem dla 24-godzinnego obwodu ciągłego zasilania znamionowego na kolumnie ciągłej.

Dostawcy gumowych kabli spawalniczych YH o wysokiej wytrzymałości, hurtownia - Jiangsu Jun Jako dostawcy i firma YH o wysokiej wytrzymałości gumowych kabli spawalniczych i firma w Chinach, Junshuai oferuje hurtowe gumowe kable spawalnicze o wysokiej wytrzymałości tylko... Zobacz produkt →

Co określić przy zakupie kabla

Kiedy prosisz o wycenę, sam numer miernika nie wystarczy. Dostawca musi znać materiały izolacji i płaszcza, klasę temperaturową, liczbę przewodów przewodzących prąd, temperaturę otoczenia, metodę instalacji oraz to, czy obwód działa w sposób ciągły czy przerywany. Dopiero wtedy można zweryfikować obciążalność prądową w oparciu o właściwą tabelę.

W przypadku sprzętu eksportowanego do Ameryki Północnej certyfikat UL umożliwia weryfikację wartości znamionowej podczas kontroli. A Przewód zasilający z certyfikatem UL w Ameryce Północnej z wydrukowaną temperaturą znamionową pozwala inspektorowi elektrycznemu potwierdzić, że rozmiar przewodu odpowiada zabezpieczeniu obwodu. W przypadku zastosowań dynamicznych ta sama logika obowiązuje niezależnie od tego, czy kabel jest typu z prowadnikiem kablowym, kablem nawijanym czy kablem płaskim: w arkuszu danych należy podać obciążalność prądową w warunkach pracy, a nie tylko przekrój poprzeczny.

UL2586 Dostawcy przewodów zasilających z certyfikatem UL w Ameryce Północnej, firma hurtowa - Jia Jako północnoamerykańscy dostawcy przewodów zasilających z certyfikatem UL2586 i firma w Chinach, Junshuai oferuje hurtowe kable zasilające z certyfikatem UL w Ameryce Północnej... Zobacz produkt →

Niezawodnym sposobem dobrania rozmiaru dowolnego obwodu jest działanie wstecz od obciążenia. Odczytaj prąd pełnego obciążenia, wybierz rozmiar przewodu i wartość izolacji, zastosuj poprawki otoczenia i wiązki, sprawdź spadek napięcia na rzeczywistej odległości i sprawdź, czy zabezpieczenie nadprądowe spełnia zasady dotyczące małych przewodów. Proces ten zajmuje mniej niż dziesięć minut i pozwala uniknąć kosztownego, potencjalnie niebezpiecznego błędu traktowanie numeru miernika jako aktualnego ratingu .