متطلبات NEC للأسلاك والجهد الذي تحمله

حدثت حادثة حديثة تتعلق بمقاول في إلينوي قام بتمديد كابلات لمطبخ تجاري جديد باستخدام سلك نحاسي THHN بحجم 10 للدوائر ثلاثية الطور بجهد 208 فولت وبقدرة 30 أمبير لفرن الحمل الحراري. هذا النوع من الموصلات مصنف لتحمل 600 فولت. وافق جدول سعة الأمبير في NEC على استخدام 35 أمبير مع هذا الموصل في التركيب المحدد. بدا أن كل شيء على ما يرام، لكن المفتش رفض التركيب ليس بسبب حجم السلك أو تصنيف الجهد، ولكن لأن المقاول قام بتمديد سلك 208 فولت داخل نفس القناة مع عدة دوائر إضاءة فرعية بجهد 120 فولت دون أي حاجز مادي. هذا ينتهك متطلبات NEC التي تنص على أنه يجب فصل الأسلاك ذات فئات الجهد المختلفة ما لم تكن جميعها معزولة لأقصى جهد. لجعل التركيب متوافقًا، سيكون من الضروري إزالة الأسلاك ذات الجهود الأعلى واستخدام قناة منفصلة لها بدلاً من ذلك. الاستنتاج الرئيسي هو كلاسيكي - تلبية متطلبات NEC من حيث الأسلاك والجهد لا تعني فقط النظر إلى سعة الأمبير وتصنيف العزل. هناك تفاعل بين الجهد، وتصنيف العزل، والمسافة، وفجوات الأمان. يصف هذا الدليل القواعد الأساسية لـ NEC التي تربط بين أبعاد الأسلاك والعزل.

ملخص: تحتوي NEC على شيء مثل جدول يحدد أي سلك يجب استخدامه لكل مستوى جهد. ما تقدمه NEC بدلاً من ذلك هو مجموعة معقدة من المواصفات المترابطة التي تصف عدة عوامل مهمة تؤثر على العلاقة بين سلك والجهد الذي يحمله. من بين هذه المواصفات الرئيسية، نجد تصنيف جهد العزل (NEC المادة 310.4 - يتطلب أن تكون جميع الأسلاك معزولة بشكل كافٍ لأعلى جهد يمكن أن يظهر في القناة أو الكابل وأن تكون الأسلاك من فئات جهد مختلفة مفصولة عن بعضها البعض ما لم تكن معزولة بشكل صحيح)، سعة التيار وتصنيف درجة الحرارة (NEC المادة 310.16 والجداول ذات الصلة - تحدد سعة الأسلاك بناءً على قياس السلك، وتصنيف درجة حرارة العزل، ودرجة الحرارة المحيطة وعدد الأسلاك في القناة وتتطلب أن يتم حساب قياس الأسلاك لتوفير سعة تدفق الأسلاك لا تقل عن سعة تيار الحمل وتصنيف قاطع الدائرة)، انخفاض الجهد (NEC المادة 210.19(A) ملاحظة هندسية رقم 4 تتطلب ألا يحدث انخفاض جهد يزيد عن 5% أثناء تشغيل السلك على أي دائرة فرعية وألا يزيد عن 3% في المغذي و2% في الموصل) ومبدأ اعتماد 125% (NEC المادة 210.19(A)(1) - ينص على أن قياس السلك يجب أن يتوافق مع 125% من الحمل المستمر بالإضافة إلى 100% من الحمل المقصود استخدامه في عملية غير مستمرة). جميع المواصفات المذكورة أعلاه مترابطة: على سبيل المثال، قد يكون سلك يتوافق مع معيار العزل أصغر من المطلوب لسعة التيار و/أو انخفاض الجهد؛ وبالمثل، قد يتبين أن سلك يتوافق مع معايير القياس تم تركيبه بشكل خاطئ في حال تم وضعه في القناة بجانب أسلاك تنتمي إلى معيار جهد مختلف.

تصنيف جهد العزل: المتطلب الأول والأكثر أساسية

يتم تعيين تصنيف جهد لجميع أنواع الموصلات المنتجة للأسلاك داخل المباني، والذي يتم الإشارة إليه إما على العزل أو على غلاف الكابل. يعني تصنيف الجهد أن العزل قادر على تحمل الجهد المحدد بشكل مستمر وهو أول شيء سيتحقق منه الكهربائي أو المفتش للتحقق مما إذا كان يمكن تطبيق موصل معين لدائرة معينة. وفقًا للممارسات القياسية في التركيبات الكهربائية منخفضة الجهد، تعتبر 300 فولت، 600 فولت، و1,000 فولت تصنيفات جهد عزل قياسية. الأسلاك الموصلية التي يمكن أن تتحمل جهد عزل 600 فولت، والتي تستخدم على نطاق واسع في الأسلاك الدائرية السكنية والتجارية، بما في ذلك موصلات THHN وTHWN وXHHW، مناسبة لتطبيق أي نوع من الدوائر حتى 600 فولت. الأسلاك الموصلية التي يمكن أن تتحمل جهد عزل 300 فولت تُستخدم غالبًا في أسلاك المعدات، وموصلات التركيبات، وبعض كابلات التحكم ولا يمكن استخدامها إلا في الدوائر التي تستخدم حتى 300 فولت من الكهرباء.

على الرغم من أن قاعدة NEC، التي تم النص عليها في المادة 310.4، واضحة من حيث المفهوم، إلا أن لها معنى خاص لا يتم التعرف عليه دائمًا. في جوهرها، يجب عزل جميع الموصلات التي توضع في قناة أو كابل أو حاوية وفقًا لأعلى جهد مصنف موجود في القناة أو الكابل أو الحاوية. لذلك، إذا كانت القناة تحتوي على موصلات إضاءة بجهد 120 فولت بالإضافة إلى موصلات محرك بجهد 480 فولت، فيجب عزل جميع الموصلات في القناة وفقًا لجهد لا يقل عن 600 فولت. لا يمكن أن يتكون عزل الموصلات بجهد 120 فولت من عزل بجهد 300 فولت على الرغم من أن الموصلات تحمل فقط 120 فولت؛ حيث أن الموصلات مع تلك التي تحمل جهدًا أعلى، وبالتالي يجب أن تكون جميع الأسلاك المثبتة في نفس القناة مصنفة لأقصى جهد موجود في الأسلاك. يوفر NEC إمكانية ثانية: يمكن أن تشترك الموصلات ذات الجهود المختلفة في نفس القناة إذا كانت معزولة عن بعضها البعض بمساعدة حواجز غير موصلة، على الرغم من أنه نادر جدًا أن يتم تثبيت المعدات في الميدان. الممارسة النموذجية هي تغطية الأسلاك ذات الجهد المختلط بمساعدة موصلات مصنفة لـ 600 فولت، مما يفسر بشكل أفضل لماذا يتم استخدام الموصلات ذات هذا التصنيف في جميع الأسلاك الصناعية والتجارية تقريبًا. جمعية الحماية من الحرائق الوطنية (NFPA), ، التي تنشر NEC، توفر النص الكامل للمادة 310 والجداول المرتبطة التي تحدد تصنيفات العزل، والسعة الحالية، وظروف التركيب لكل نوع من الموصلات.

السعة الحالية وحجم الموصل: العلاقة بين قياس السلك، ودرجة الحرارة، والتيار

في الموصل، يبقى الجهد عاملًا مهمًا، ومع ذلك، ليس هو المحدد الوحيد لأبعاد الموصل. علاوة على ذلك، من المفترض أن يتناسب حجم الموصل مع التيار المطلوب من الحمل، ويعتمد الحجم على عوامل مثل قياس الموصل، وتصنيف درجة حرارة العزل، والظروف المحيطة، بالإضافة إلى كمية التيارات التي تسير في المسار. تسهل جداول السعة الحالية وفقًا لـ NEC - تحديدًا، الجدول 310.16 حساب الحد الأقصى المسموح به من التيار لنوع الموصل بناءً على قياسه. على سبيل المثال، يمكن لموصل نحاسي بقطر 12 قياس مع عزل مصنف لـ 75˚C استيعاب 25 أمبير (على الرغم من أن NEC قد حددت كمية التيار إلى 20 أمبير للدائرة) بسبب أن اللوائح الخاصة بها، تجعل الموصلات الصغيرة أكثر عرضة لمشاكل ارتفاع درجة الحرارة. في الجدول أدناه، يتم تلخيص بيانات السعة الحالية المختلفة للموصلات النحاسية المستخدمة في الأسلاك داخل المباني وفقًا لمعيار تصنيف درجة حرارة NEC (75 C).

أرقام السعة الحالية قابلة للتعديل بناءً على العوامل البيئية وعدد الموصلات الموجودة في قناة. في حالة استخدام موصل في علية ساخنة، حيث تتجاوز درجة الحرارة المحيطة درجة الحرارة المرجعية القياسية البالغة 30 درجة مئوية (86 درجة فهرنهايت)، يجب تقليل تصنيفه حيث يتم تقليل سعة التيار المسموح بها بواسطة المضاعفات في الجدول 310.15(B)(1). أيضًا، يجب تقليل تصنيف قناة تحتوي على أكثر من ثلاثة موصلات تحمل تيارًا وفقًا للأرقام المقدمة في الجدول 310.15(C)(1). نتيجة لذلك، يحدث تقليل سعة التيار المسموح بها للموصل، وقد يكون هذا السلك غير مناسب للحجم للدائرة فوق درجة الحرارة. للحصول على المساعدة في الحساب المحدد لأي دائرة، دليلنا على حجم قاطع الدائرة الذي تحتاجه يوضح عملية مستندة إلى NEC لكل من الأحمال العامة والمحركات، بما في ذلك عوامل التخفيض التي تنطبق على التركيبات المجمعة وذات درجات الحرارة العالية.

انخفاض الجهد: توصية NEC التي تصبح متطلبًا في الممارسة

انخفاض الجهد ليس متطلبًا يجب اتباعه وفقًا لـ NEC؛ بل هو مجرد إرشاد عام تتبعه العديد من أنواع المشاريع. في الغالب، تتبع العديد من المهندسين توصيات انخفاض الجهد من NEC. وفقًا للمادة 210.19(A) ملاحظة معلومات رقم 4، توصي NEC بأن لا يظهر الدائرة الفرعية قيمة انخفاض جهد تتجاوز 5%، حيث يجب ألا يكون هناك أكثر من 3% موجودة على المغذي وأقصى 2% موجودة على الدائرة الفرعية. توضح إرشادات NEC أن الحمل بجهد 120 فولت يجب أن يتلقى إمداد جهد يصل إلى 114 فولت. وبالمثل، في حالة الأحمال بجهد 240 و480 فولت، القيم المعنية هي 228 فولت و456 فولت.

يتم تحديد انخفاض الجهد بواسطة طول الموصل، وحجم الموصل، وكمية التيار المتدفق من خلاله، وجهد الإمداد. نفس الموصل المصنوع من النحاس بحجم 12 الذي يستخدم لنقل 20 أمبير دون انخفاض ملحوظ في الجهد على مسافة 50 قدمًا سيشهد انخفاضًا يبلغ حوالي 6% عندما تزداد المسافة إلى 200 قدم، وهو ما يتجاوز المقبول وفقًا لقانون الكهرباء الوطني وقد يؤدي إلى بعض المشاكل مع تلاشي المصابيح، وسخونة المحركات، وتعطل الأجهزة الإلكترونية. يمكن حل هذه المشكلة عن طريق زيادة حجم الموصل، باستخدام موصل نحاسي بحجم 10 أو حتى 8 للامتدادات الطويلة، لضمان مقاومة كافية ونطاق مقبول من انخفاض الجهد. في الجدول أدناه، تم توفير الأطوال القصوى المذكورة أعلاه لأحجام مختلفة من الموصلات والأحمال.

هذه المسافات تقريبية ويجب حسابها بدقة للتثبيت المحدد، باستخدام تيار الحمل الفعلي، وطول الموصل الفعلي، وصيغة انخفاض الجهد NEC المعمول بها. الآلات الحاسبة عبر الإنترنت وتطبيقات الهواتف المحمولة، العديد منها مرجعية من قبل منظمات الصناعة مثل الـ مجلة المقاول الكهربائي, ، توفر طريقة ملائمة لأداء هذه الحسابات في الميدان، لكن الصيغة الأساسية — Vd = (2 × L × I × R) / 1,000 للدوائر أحادية الطور، حيث R هي مقاومة الموصل لكل 1,000 قدم من جدول 8 في الفصل 9 من NEC — بسيطة ويمكن حسابها باستخدام آلة حاسبة هندسية قياسية.

قاعدة 125% للأحمال المستمرة: تحديد حجم الموصلات للمسافات الطويلة

قاعدة 125% من NEC هي واحدة من الأحكام التي يتم تفسيرها بشكل خاطئ بشكل شائع في الكود. تؤثر على حجم الموصل المطلوب استخدامه في الدائرة. ببساطة، يُوصف الحمل المستمر في NEC بأنه نوع الحمل الذي يعمل لمدة لا تقل عن 3 ساعات. في هذه الحالة، يجب حساب الموصلات المستخدمة للدائرة بناءً على 125% من الحمل المستمر بالإضافة إلى 100% من الحمل غير المستمر. على سبيل المثال، إذا كان لدينا دائرة بحمل مستمر 16A (مثل سخان الماء)، فإنها ستنتج تصنيف 20A — 16A * 1.25 = 20A. هذا يشير إلى أن الموصل النحاسي بقياس 12 هو أصغر موصل يمكن استخدامه لهذا الحمل. للمرجعية، سيكون السلك النحاسي بقياس 14 صغيرًا جدًا لأنه يمتلك قدرة 15A فقط. بالإضافة إلى ذلك، تنطبق القاعدة على جهاز الحماية من التيار الزائد: يتم أيضًا تحديد قاطع الدائرة عند 125% من الحمل. لذا، على سبيل المثال، في حالتنا التي تبلغ 16A، سيتعين علينا استخدام قاطع دائرة 20A. لهذا السبب تستخدم العديد من الدوائر السكنية (وخاصة أنظمة التدفئة المنزلية، دوائر الإضاءة العادية في المباني، ومراكز البيانات) دائرة 20A مع سلك بقياس 12 بدلاً من الالتزام بالكود، لأن الكود يتطلب ذلك ويحمي الأسلاك من الحرارة الناتجة عن الاستخدام المستمر. ال مجلة المقاول الكهربائي و UL توفر إرشادات شاملة حول تطبيق قاعدة 125% في التركيبات السكنية والتجارية على حد سواء.

قاعدة 83%: عندما يتم تحديد حجم موصلات مدخل الخدمة بشكل مختلف

قاعدة 83٪ من NEC هي قاعدة مهمة لموصلات مدخل الخدمة السكنية. بموجب المادة 310.12(A) من NEC، يمكن حساب موصل مدخل الخدمة لمنزل عائلي واحد بنسبة 83٪ من تصنيف الخدمة، وهو ما يختلف عن الممارسة العادية حيث يتم حساب خدمة سكنية بقوة 200 أمبير بناءً على متطلبات الحمل الكامل كما هو الحال في خدمة تجارية بقوة 200 أمبير. تأخذ قاعدة 83٪ في الاعتبار الطبيعة المتنوعة لإمداد الحمل الكهربائي في المنازل، حيث من غير المحتمل أن تعمل جميع الأجهزة، والأضواء، والمقابس المستخدمة بأقصى حمل. وبالتالي، يمكن لخدمة 200 أمبير العمل باستخدام سلك نحاسي 2/0 AWG، الذي يمكنه توفير التيار بمعدل 175 أمبير عند درجة حرارة 75°C، على عكس سلك نحاسي 3/0 AWG الذي يستخدم في نظام تجاري بقوة 200 أمبير. بالإضافة إلى ذلك، فإن تنظيم 83٪ ينطبق فقط على موصل مدخل الخدمة، وهو الكابل الذي يربط بين نقطة اتصال المرافق والمفتاح الرئيسي للفصل في المنزل، ولكنه لا ينطبق على موصلات التغذية، أو موصلات الدائرة الفرعية، أو أي خدمة أخرى في الخدمات اللاحقة. علاوة على ذلك، تنطبق قاعدة 83٪ فقط على المنازل العائلية المفردة، ومن المنطقي أن يتم حساب موصلات الخدمة في جميع القطاعات الأخرى بناءً على متطلبات الحمل وتصنيف جهاز الحماية من التيار الزائد.

كيف تتفاعل كل هذه القواعد: مثال عملي

مواصفات NEC المتعلقة بالأسلاك ومستويات الجهد الخاصة بها هي قواعد مترابطة يجب أن تلبيها سلك واحد. على سبيل المثال، قد يستخدم المصنع نوع محرك ثلاثي الطور بجهد 480 فولت وتيار 30 أمبير. يجب أن يكون للسلك تصنيف عازل لا يقل عن 600 فولت لأن جهد 480 فولت مرتبط بأنظمة الجهد المنخفض التي تتطلب أسلاكًا بعزل 600 فولت. يجب أن يلبي السلك متطلبات حجم السلك ليكون مساويًا أو أكبر من تيار المحرك عند تحميله الكامل. لمحرك يعمل عند 30 أمبير و480 فولت، قد يكون السلك نحاسيًا بحجم #10. ومع ذلك، بسبب تنظيم دائرة المحرك الخاص بـ NEC الذي ينص على أن نظام الحماية من التيار الزائد يجب أن يتحمل 125٪ من تيار الحمل الكامل للمحرك (عند استخدام المحركات ذات الخدمة المستمرة)، قد يكون حجم السلك أكبر من #10 نحاسي. علاوة على ذلك، يجب أيضًا تخفيض تصنيف السلك في حالة الظروف الجوية الحارة؛ على سبيل المثال، يمكن تخفيض تصنيف سقف المصنع في الصيف مما يؤدي إلى زيادة أبعاد الأسلاك اللازمة. يجب أيضًا التحقق من أبعاد السلك فيما يتعلق بمشكلة هبوط الجهد؛ على سبيل المثال، قد يكون السلك بطول 300 قدم يعمل عند 480 فولت بحجم #8 أو #6 اعتمادًا على القيود المفروضة بسبب هبوط الجهد. كما يُطلب من السلك أن يشارك النظام مع أسلاك لها نفس تصنيف العزل الكهربائي الذي يزيد عن 600 فولت. يجب أن يلبي الموصل المستخدم لمحرك واحد كل هذه المتطلبات المختلفة.

الأسئلة الشائعة

ما هي قاعدة 125٪ في NEC؟

وفقًا للمادة 210.19(A)(1) من NEC، يجب أن يكون حجم الموصلات وجهاز الحماية ضد التيار الزائد 125% من الحمل المستمر بالإضافة إلى 100% من الحمل غير المستمر للحمل المستمر الذي يعمل لمدة ثلاث ساعات أو أكثر. لذلك، بالنسبة لحمل مستمر بقيمة 16 أمبير، يجب أن يكون حجم الموصلات مكافئًا لـ 20 أمبير وقاطع دائرة بقوة 20 أمبير. تساعد هذه القاعدة في الحفاظ على السلامة الحرارية من خلال منع الأسلاك من السخونة الزائدة أثناء التشغيل المستمر لساعات طويلة.

كيفية معرفة مقدار الجهد الكهربائي الداخل إلى الأسلاك؟

لقياس الجهد على الموصل، يُستخدم مقياس متعدد رقمي مضبوط لقياس جهد التيار المتردد مع وضع مجسات القياس بحيث يكون أحدهما متصلًا بالموصل بينما يكون الثاني متصلًا بسلك الأرضي للدائرة. يمكن قياس جهد السلك فقط عندما يكون السلك نشطًا، ولا يمكن إجراء القياس إلا بواسطة كهربائي معتمد باستخدام أجهزة اختبار مناسبة بالإضافة إلى معدات السلامة. يشير الجهد الذي يمكن للموصل تحمله إلى عزلته، وعادة ما يكون 300 أو 600 فولت لعزل أسلاك المباني، على الرغم من أنه لا ينبغي الخلط بين هذا الجهد والجهد الفعلي الموجود على الموصل في وقت القياس.

ما هي قاعدة انخفاض الجهد 5% في NEC؟

وفقًا للإرشادات المقدمة في المادة 210.19(A) الملاحظة الإعلامية رقم 4 من الكود الوطني للكهرباء (NEC)، يُنصح بعدم تجاوز الحد الأقصى لانخفاض الجهد الكلي في دائرة فرعية 5% من جهد الإمداد، ويجب أن يشمل ذلك انخفاض الجهد في المغذي بنسبة 3% وانخفاض دائرة الفرع بنسبة تصل إلى 2%. على الرغم من أنها مجرد توصية، إلا أنها لا تزال معتمدة بشكل شائع من قبل العديد من مواصفات التصميم ولوائح البناء. يمكن تقليل انخفاض الجهد بفعالية باستخدام موصلات ذات مقطع أكبر وأخذ التيار النشط للحمل وطول الأسلاك وجهد الإمداد في الاعتبار.

ما هي قاعدة 83% في NEC؟

تشرح المادة 310.12(A) من NEC قاعدة 83%، التي تنص على أنه بالنسبة لمنزل عائلي واحد، يمكن تحديد حجم موصلات مدخل الخدمة إلى 83% من تصنيف الخدمة الفعلي أو الحمل. هذا يعني أن خدمة سكنية مصنفة بـ 200 أمبير قد تستخدم موصلات 2/0 AWG بدلاً من موصلات النحاس الأكبر 3/0 AWG المطلوبة في التطبيقات التجارية. ومع ذلك، تنطبق قاعدة 83% فقط على موصلات مدخل الخدمة للمساكن العائلية المفردة، بينما يجب تحديد حجم جميع الموصلات الأخرى وفقًا لسعتها الفعلية التي يتم تحديدها بواسطة حسابات الحمل وتصنيفات أجهزة الحماية من التيار الزائد لتلك الدوائر.

المراجع

• NFPA 70 — الكود الوطني للكهرباء (NEC). المعيار الأساسي لتركيب الكهرباء في الولايات المتحدة، بما في ذلك المواد 210 و240 و310 وجداول السعة الكهربائية وانخفاض الجهد التي تحكم تحديد حجم الموصلات وتركيبها. الجمعية الوطنية للحماية من الحرائق.
• UL — معايير وشهادات الأسلاك والكابلات. معايير الاختبار والقوائم التي تحدد تصنيفات جهد العزل، وتصنيفات درجة الحرارة، والتيار المسموح به لسلك وكابل البناء.
• مجلة المقاول الكهربائي — أدلة تطبيق NEC وحسابات هبوط الجهد. منشور صناعي يوفر إرشادات عملية لتطبيق قواعد NEC الخاصة بتحديد حجم الموصل، والتيار المسموح به، وهبوط الجهد في التركيبات الواقعية.
• Mike Holt Enterprises — تدريب NEC وتحديد حجم الموصل. موارد تعليمية حول قواعد NEC لتحديد حجم الموصل، بما في ذلك أدوات الحساب التفاعلية والتفسيرات التفصيلية لقاعدة 125%، وقاعدة 83%، وتوصيات هبوط الجهد.

ال متطلبات NEC للأسلاك والجهد الذي تحمله ليست جدولًا واحدًا أو قاعدة واحدة. إنها شبكة من المتطلبات المترابطة — تصنيف جهد العزل، التيار المسموح به، هبوط الجهد، تحديد حجم الحمل المستمر، وتحديد حجم مدخل الخدمة — التي تضمن معًا أن كل موصل في التركيب الكهربائي محدد بشكل صحيح لجهده، تياره، مسافته، وبيئته. الكهربائي الذي يسحب موصلًا بمقاس 12 لسلك دائرة 20 أمبير، المهندس الذي يحدد حجم مغذي 500 kcmil للوحة مفاتيح 400 أمبير، والمفتش الذي يتحقق من أن الموصلات في قناة ذات جهد مختلط كلها مصنفة لأعلى جهد موجود، جميعهم يطبقون نفس إطار عمل NEC. فهم هذا الإطار — وتطبيق كل جزء منه، وليس فقط جدول التيار المسموح به — هو أساس التركيب الكهربائي الآمن والمتوافق مع الكود.