Persyaratan NEC untuk Kabel dan Tegangan yang Mereka Bawa

Sebuah insiden baru-baru ini melibatkan seorang kontraktor di Illinois yang memasang kabel untuk dapur komersial baru dengan menggunakan THHN tembaga ukuran 10-gauge untuk sirkuit tiga fase 30-ampere, 208-volt untuk oven konveksi. Jenis konduktor ini memiliki rating tegangan 600 volt. Grafik ampacity NEC menyetujui 35 ampere untuk digunakan dengan konduktor ini dalam instalasi spesifik tersebut. Tampaknya semuanya sudah sesuai, tetapi inspektur menolak instalasi tersebut bukan karena ukuran kawat atau rating tegangan, melainkan karena kontraktor memasang kawat 208-volt dalam saluran yang sama dengan beberapa sirkuit pencahayaan cabang 120-volt tanpa penghalang fisik. Ini melanggar persyaratan NEC yang menyatakan bahwa kawat dengan kelas tegangan berbeda harus dipisahkan kecuali semuanya terisolasi untuk tegangan maksimum. Untuk membuat instalasi sesuai, perlu mengeluarkan kawat dengan tegangan lebih tinggi dan menggunakan saluran terpisah untuk kawat tersebut. Kesimpulan utama adalah klasik — memenuhi persyaratan NEC dalam hal pengkabelan dan tegangan tidak hanya berarti melihat ampacity dan rating isolasi. Ada interaksi antara tegangan, rating isolasi, jarak, dan celah keselamatan. Panduan ini menjelaskan aturan dasar NEC yang menghubungkan dimensi kawat dan isolasi.

Ringkasan: NEC tidak memuat grafik yang menentukan kawat mana yang harus digunakan untuk setiap tingkat tegangan. Sebagai gantinya, NEC menyajikan serangkaian spesifikasi yang saling terkait yang menggambarkan beberapa faktor penting yang memengaruhi hubungan antara kawat dan tegangan yang dibawanya. Di antara spesifikasi kunci tersebut, kita menemukan rating tegangan isolasi (NEC Artikel 310.4—mengharuskan semua kawat diisolasi dengan cukup untuk tegangan tertinggi yang dapat muncul di dalam raceway atau kabel dan kawat dengan kelas tegangan berbeda dipisahkan satu sama lain kecuali diisolasi dengan benar), ampacity dan rating suhu (NEC Artikel 310.16 dan tabel terkait—menentukan kapasitas kawat berdasarkan ukuran kawat, rating suhu isolasi, suhu lingkungan dan jumlah kawat dalam raceway serta mengharuskan ukuran kawat dihitung untuk menyediakan kapasitas aliran kawat tidak kurang dari arus beban dan rating pemutus sirkuit), penurunan tegangan (NEC Artikel 210.19(A) Catatan Teknik No. 4 mengharuskan tidak lebih dari 5% penurunan tegangan terjadi selama operasi kawat pada sirkuit cabang mana pun dan tidak lebih dari 3% pada feeder dan 2% pada konduktor) dan prinsip adopsi 125% (NEC Artikel 210.19(A)(1)—menyatakan bahwa ukuran kawat harus sesuai dengan 125% dari beban kontinu ditambah 100% dari beban yang dimaksudkan untuk digunakan dalam operasi non-kontinu). Semua spesifikasi yang disebutkan saling terkait: misalnya, kawat yang sesuai dengan standar isolasi bisa jadi lebih kecil dari yang diperlukan untuk ampacity dan/atau penurunan tegangan; demikian pula, kawat yang sesuai dengan standar ukuran bisa jadi dipasang dengan salah jika ditempatkan dalam raceway bersama kawat lain yang memiliki standar tegangan berbeda.

Rating Tegangan Isolasi: Persyaratan Pertama dan Paling Fundamental

Semua jenis konduktor yang diproduksi untuk instalasi kabel di dalam bangunan diberikan rating tegangan yang ditunjukkan baik pada isolasi maupun pada selubung kabel. Rating tegangan berarti isolasi mampu menahan tegangan yang ditunjukkan secara terus-menerus dan ini adalah hal pertama yang akan diperiksa oleh teknisi listrik atau inspektur untuk memastikan apakah konduktor tertentu dapat digunakan untuk sirkuit tertentu. Sesuai praktik standar dalam instalasi bangunan tegangan rendah, 300 V, 600 V, dan 1.000 V dianggap sebagai rating tegangan isolasi standar. Kabel konduktor yang dapat menahan tegangan isolasi 600 V, yang banyak digunakan untuk instalasi sirkuit cabang residensial dan komersial, termasuk konduktor THHN, THWN, dan XHHW, cocok untuk aplikasi jenis sirkuit apa pun hingga 600 V. Kabel konduktor yang dapat menahan tegangan isolasi 300 V sering digunakan untuk instalasi peralatan, whip perlengkapan, dan beberapa kabel kontrol dan hanya dapat digunakan untuk sirkuit yang menggunakan listrik hingga 300 V.

Meskipun aturan NEC, yang diatur dalam Artikel 310.4, sederhana dalam konsep, aturan tersebut memiliki makna khusus yang tidak selalu dikenali. Pada dasarnya, semua konduktor yang ditempatkan dalam raceway, kabel, atau enclosure harus diisolasi sesuai dengan tegangan tertinggi yang ditemukan dalam raceway, kabel, atau enclosure tersebut. Oleh karena itu, jika conduit berisi konduktor pencahayaan 120 volt serta konduktor motor 480 volt, maka semua konduktor dalam conduit harus diisolasi sesuai dengan tegangan minimal 600 volt. Isolasi konduktor 120 volt tidak dapat terdiri dari isolasi 300 volt meskipun konduktor hanya memiliki 120 volt; konduktor tersebut bersama dengan konduktor yang membawa tegangan lebih tinggi, dan oleh karena itu semua kabel yang dipasang dalam conduit yang sama harus memiliki rating untuk tegangan maksimum yang ada dalam instalasi tersebut. NEC menyediakan kemungkinan kedua: konduktor dengan berbagai tegangan dapat berbagi raceway yang sama jika mereka diisolasi satu sama lain dengan bantuan penghalang non-konduktif, meskipun hal ini sangat jarang terjadi pada peralatan yang dipasang di lapangan. Praktik umum adalah menutupi kabel dengan tegangan campuran menggunakan konduktor yang memiliki rating 600 volt, yang menjelaskan mengapa konduktor dengan rating ini digunakan untuk hampir semua instalasi industri dan komersial. The Asosiasi Perlindungan Kebakaran Nasional (NFPA), yang menerbitkan NEC, menyediakan teks lengkap Artikel 310 dan tabel terkait yang mendefinisikan rating isolasi, ampacity, dan kondisi pemasangan untuk setiap jenis konduktor.

Ampacity dan Ukuran Konduktor: Hubungan Antara Gauge Kabel, Suhu, dan Arus

Dalam sebuah konduktor, tegangan tetap menjadi faktor penting, namun bukan satu-satunya penentu dimensi konduktor. Selain itu, ukuran konduktor harus mampu menampung arus yang dibutuhkan oleh beban, dan ukuran tersebut bergantung pada faktor-faktor seperti gauge konduktor, rating suhu isolasi, kondisi lingkungan, serta jumlah arus yang mengalir dalam raceway. Tabel ampacity menurut NEC – khususnya, Tabel 310.16 memfasilitasi perhitungan jumlah arus maksimum yang diizinkan untuk jenis konduktor berdasarkan gauge-nya. Misalnya, konduktor tembaga gauge 12 dengan isolasi yang memiliki rating 75˚C dapat menampung 25 ampere (meskipun NEC membatasi jumlah arus menjadi 20 ampere untuk sirkuit tersebut) karena menurut regulasi NEC, konduktor kecil lebih rentan terhadap masalah overheating. Dalam tabel di bawah ini, berbagai data ampacity dirangkum untuk konduktor tembaga yang digunakan dalam instalasi bangunan sesuai dengan standar rating suhu NEC (75 C).

Angka ampacity dapat dimodifikasi berdasarkan faktor lingkungan dan jumlah konduktor yang ada dalam raceway. Dalam kasus di mana konduktor digunakan di loteng panas, di mana suhu sekitar melebihi suhu referensi standar 30°C (86°F), harus dilakukan derating di mana ampacity yang diizinkan dikurangi oleh pengali dalam Tabel 310.15(B)(1). Selain itu, raceway yang memiliki lebih dari tiga konduktor pembawa arus harus dilakukan derating sesuai dengan angka yang diberikan dalam Tabel 310.15(C)(1). Akibatnya, pengurangan ampacity yang diizinkan dari konduktor terjadi, dan kawat tersebut mungkin tidak berukuran tepat untuk sirkuit pada suhu di atas. Untuk bantuan dengan perhitungan spesifik untuk sirkuit apa pun, panduan kami tentang ukuran pemutus sirkuit yang Anda butuhkan menjelaskan proses berbasis NEC untuk beban umum dan motor, termasuk faktor derating yang berlaku untuk instalasi berkelompok dan suhu tinggi.

Penurunan Tegangan: Rekomendasi NEC yang Menjadi Persyaratan dalam Praktik

Penurunan tegangan bukanlah persyaratan yang harus diikuti menurut NEC; melainkan, ini hanyalah pedoman umum yang diikuti oleh banyak jenis proyek. Sebagian besar, rekomendasi penurunan tegangan oleh NEC diikuti oleh banyak insinyur. Sesuai dengan Artikel 210.19(A) Catatan Informasi No. 4, NEC merekomendasikan bahwa sirkuit cabang tidak boleh menunjukkan nilai penurunan tegangan melebihi 5%, di mana tidak boleh lebih dari 3% berada pada pengumpan dan maksimum 2% ada pada sirkuit cabang. Pedoman NEC menyatakan bahwa beban 120-volt harus menerima pasokan tegangan hingga 114 volt. Demikian pula, dalam kasus beban 240 dan 480 volt, nilai yang diberikan masing-masing adalah 228 volt dan 456 volt.

Penurunan tegangan ditentukan oleh panjang konduktor, ukuran konduktor, jumlah arus yang mengalir melaluinya, dan tegangan pasokan. Konduktor yang sama yang terbuat dari tembaga gauge 12 yang digunakan untuk membawa 20 Ampere tanpa penurunan tegangan yang terlihat pada jarak 50 kaki akan mengalami penurunan sekitar 5% ketika jarak meningkat menjadi 200 kaki, yang lebih besar dari yang dapat diterima menurut National Electrical Code dan dapat menyebabkan beberapa masalah dengan redupnya bola lampu, pemanasan berlebih motor, dan kerusakan perangkat elektronik. Masalah ini dapat diatasi dengan meningkatkan ukuran konduktor, menggunakan konduktor tembaga gauge 10 atau bahkan gauge 8 untuk jarak lari panjang, sehingga memastikan resistansi yang cukup dan rentang penurunan tegangan yang dapat diterima. Dalam tabel di bawah ini, panjang maksimum yang disebutkan di atas untuk berbagai ukuran konduktor dan beban disediakan.

Jarak-jarak ini adalah perkiraan dan harus dihitung secara tepat untuk instalasi spesifik, menggunakan arus beban aktual, panjang konduktor aktual, dan rumus penurunan tegangan NEC yang berlaku. Kalkulator online dan aplikasi seluler, banyak di antaranya direferensikan oleh organisasi industri seperti Majalah Kontraktor Listrik, menyediakan cara yang nyaman untuk melakukan perhitungan ini di lapangan, tetapi rumus dasar — Vd = (2 × L × I × R) / 1.000 untuk sirkuit fase tunggal, di mana R adalah resistansi konduktor per 1.000 kaki dari Tabel 8 Bab 9 NEC — adalah sederhana dan dapat dihitung dengan kalkulator teknik standar.

Aturan 125% untuk Beban Kontinu: Menentukan Ukuran Konduktor untuk Jarak Jauh

Aturan 125% oleh NEC adalah salah satu ketentuan yang sering disalahartikan dalam kode. Ini mempengaruhi ukuran konduktor yang harus digunakan dalam suatu sirkuit. Secara sederhana, beban kontinu dijelaskan dalam NEC sebagai jenis beban yang beroperasi selama minimal 3 jam. Dalam hal ini, konduktor yang digunakan untuk sirkuit harus dihitung berdasarkan 125% dari beban kontinu bersama dengan 100% dari beban non-kontinu. Misalnya, jika kita memiliki sirkuit dengan beban kontinu 16A (misalnya pemanas air), maka akan menghasilkan rating 20A — 16A * 1,25 = 20A. Ini menunjukkan bahwa konduktor tembaga ukuran 12 adalah konduktor terkecil yang dapat digunakan untuk beban tersebut. Sebagai referensi, kawat tembaga ukuran 14 akan terlalu kecil karena hanya memiliki kemampuan 15A. Selain itu, aturan ini juga berlaku untuk perangkat pelindung arus lebih: pemutus sirkuit juga harus diukur pada 125% dari beban. Jadi, misalnya, dalam kasus 16A kita harus menggunakan pemutus sirkuit 20A. Itulah sebabnya banyak sirkuit rumah tangga (terutama sistem pemanas rumah, sirkuit pencahayaan normal di bangunan, dan pusat data) menggunakan sirkuit 20A dengan kawat ukuran 12 daripada mematuhi kode secara ketat karena kode mengharuskan demikian dan melindungi kawat dari panas yang dihasilkan dari penggunaan kontinu. The → Yang Majalah Kontraktor Listrik dan yang UL menyediakan panduan luas tentang penerapan aturan 125% baik dalam instalasi residensial maupun komersial.

Aturan 83%: Ketika Konduktor Masuk Layanan Diukur dengan Ukuran Berbeda

Aturan 83% oleh NEC adalah aturan penting untuk konduktor pintu masuk layanan residensial. Berdasarkan NEC Artikel 310.12(A), konduktor pintu masuk layanan untuk rumah tinggal tunggal dapat dihitung sebesar 83% dari peringkat layanan, yang berbeda dari praktik normal di mana layanan residensial 200 ampere dihitung berdasarkan kebutuhan beban penuh seperti yang dilakukan untuk layanan komersial 200 ampere. Aturan 83% mempertimbangkan sifat beragam dari pasokan beban listrik di rumah, di mana tidak mungkin semua peralatan, lampu, dan stopkontak yang digunakan berjalan pada beban penuh. Dengan demikian, layanan 200 ampere dapat bekerja menggunakan kabel tembaga 2/0 AWG, yang dapat memasok arus sebesar 175 ampere pada suhu 75°C, berbeda dengan kabel tembaga 3/0 AWG yang akan digunakan dalam sistem komersial 200 ampere. Selain itu, regulasi 83% hanya berlaku untuk konduktor pintu masuk layanan, yaitu kabel yang menghubungkan antara titik sambungan utilitas dan saklar pemutus utama rumah, tetapi tidak berlaku untuk konduktor feeder, konduktor sirkuit cabang, atau layanan lain di layanan hilir. Selanjutnya, aturan 83% hanya berlaku untuk rumah tinggal tunggal dan masuk akal bagi semua sektor lain untuk menghitung konduktor layanan mereka berdasarkan kebutuhan beban dan peringkat perangkat proteksi arus lebih.

Bagaimana Semua Aturan Ini Berinteraksi: Contoh Praktis

Spesifikasi NEC mengenai kabel dan tingkat tegangan mereka adalah aturan yang saling terkait yang harus dipenuhi oleh satu kabel. Misalnya, seorang produsen dapat menggunakan jenis sirkuit motor tiga fase dengan tegangan 480 volt dan arus 30 ampere. Kabel harus memiliki peringkat isolasi minimum 600 volt karena tegangan 480 volt terkait dengan sistem tegangan rendah yang memerlukan kabel dengan isolasi 600 volt. Kabel harus memenuhi persyaratan ukuran kabel yang sama dengan atau lebih besar dari arus motor saat beban penuh. Untuk motor yang berjalan pada 30 ampere dan 480 volt, kabel dapat berupa kabel tembaga #10. Namun, karena regulasi sirkuit motor NEC yang spesifik menyatakan bahwa sistem proteksi arus lebih harus menahan 125% dari arus beban penuh motor (ketika digunakan dengan motor tugas kontinu), ukuran kabel mungkin lebih besar dari kabel tembaga #10. Selain itu, kabel juga harus dikurangi ratingnya dalam kondisi cuaca panas; misalnya, langit-langit pabrik dapat dikurangi ratingnya di musim panas sehingga meningkatkan dimensi kabel yang diperlukan. Dimensi kabel juga harus diperiksa terkait masalah penurunan tegangan; misalnya, kabel sepanjang 300 kaki yang berjalan pada 480 volt dapat menggunakan kabel #8 atau #6 tergantung pada batasan yang diberlakukan oleh penurunan tegangan. Kabel juga harus berbagi sistem dengan kabel yang memiliki peringkat isolasi listrik sama atau lebih besar dari 600 volt. Konduktor yang digunakan untuk satu motor harus memenuhi semua persyaratan berbeda ini.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Apa itu aturan 125% dalam NEC?

Menurut NEC Pasal 210.19(A)(1), konduktor dan perangkat proteksi terhadap arus lebih harus memiliki ukuran sebesar 125% dari beban kontinu ditambah 100% dari beban non-kontinu untuk beban kontinu yang berfungsi selama tiga jam atau lebih. Oleh karena itu, untuk beban kontinu sebesar 16 ampere, konduktor harus memiliki ukuran setara dengan 20 ampere dan pemutus sirkuit 20 ampere. Aturan ini membantu menjaga keamanan termal dengan mencegah kabel dari overheating saat beroperasi terus-menerus dalam waktu lama.

Bagaimana cara menemukan jumlah tegangan yang masuk ke kabel?

Untuk mengukur tegangan pada konduktor, digunakan multimeter digital yang disetel untuk mengukur tegangan AC dengan probe pengukur ditempatkan sedemikian rupa sehingga salah satunya terhubung ke konduktor sementara yang kedua terpasang pada kabel ground dari sirkuit. Tegangan pada kabel hanya dapat diukur saat kabel dalam keadaan hidup, dan pengukuran hanya dapat dilakukan oleh teknisi listrik bersertifikat menggunakan perangkat pengujian yang tepat serta perlengkapan keselamatan. Tegangan yang dapat ditahan oleh konduktor ditunjukkan pada isolasinya, dan biasanya sama dengan 300 atau 600 volt untuk isolasi kabel bangunan, meskipun tegangan ini tidak boleh disamakan dengan tegangan aktual yang ada pada konduktor saat pengukuran dilakukan.

Apa itu aturan penurunan tegangan 5% dalam NEC?

Menurut pedoman yang disajikan dalam Pasal 210.19(A) Catatan Informasi No. 4 dari National Electrical Code (NEC), disarankan bahwa penurunan tegangan maksimum secara keseluruhan dalam sirkuit cabang tidak melebihi 5% dari tegangan pasokan, dan ini harus mencakup penurunan tegangan feeder sebesar 3% dan penurunan tegangan sirkuit cabang hingga 2%. Meskipun ini hanya merupakan rekomendasi, aturan ini masih umum diadopsi oleh banyak spesifikasi desain dan peraturan bangunan. Penurunan tegangan dapat dikurangi secara efektif dengan menggunakan konduktor berukuran lebih besar dan dengan mempertimbangkan arus beban aktif, panjang kabel, dan tegangan pasokan.

Apa itu aturan 83% dalam NEC?

Pasal 310.12(A) dari NEC menjelaskan aturan 83%, yang menyatakan bahwa untuk rumah tinggal tunggal, konduktor pintu masuk layanan dapat diukur sebesar 83% dari rating layanan atau beban aktual. Ini berarti bahwa layanan residensial yang diberi rating 200 ampere dapat menggunakan konduktor 2/0 AWG sebagai pengganti konduktor tembaga 3/0 AWG yang lebih besar yang diperlukan dalam aplikasi komersial. Namun, aturan 83% hanya berlaku untuk konduktor pintu masuk layanan rumah tinggal tunggal, sementara semua konduktor lain harus diukur sesuai dengan ampacity aktual mereka, yang ditentukan oleh perhitungan beban dan rating perangkat proteksi arus lebih untuk sirkuit tersebut.

Referensi

• NFPA 70 — Kode Listrik Nasional (NEC). Standar dasar untuk instalasi listrik di Amerika Serikat, termasuk Pasal 210, 240, 310, dan tabel ampacity serta penurunan tegangan yang mengatur ukuran dan pemasangan konduktor. National Fire Protection Association.
• UL — Standar dan Sertifikasi Kabel dan Kabel Listrik. Standar pengujian dan pencatatan yang mendefinisikan peringkat tegangan isolasi, peringkat suhu, dan ampacity dari kabel dan kawat bangunan.
• Electrical Contractor Magazine — Panduan Aplikasi NEC dan Perhitungan Penurunan Tegangan. Publikasi industri yang menyediakan panduan praktis dalam menerapkan aturan ukuran konduktor, ampacity, dan penurunan tegangan NEC dalam instalasi dunia nyata.
• Mike Holt Enterprises — Pelatihan NEC dan Ukuran Konduktor. Sumber daya edukasi tentang aturan ukuran konduktor NEC, termasuk alat perhitungan interaktif dan penjelasan rinci tentang aturan 125%, aturan 83%, dan rekomendasi penurunan tegangan.

The → Yang Persyaratan NEC untuk kawat dan tegangan yang mereka bawa bukanlah tabel tunggal atau aturan tunggal. Mereka adalah jaringan persyaratan yang saling terkait — peringkat tegangan isolasi, ampacity, penurunan tegangan, ukuran beban kontinu, dan ukuran pintu masuk layanan — yang bersama-sama memastikan bahwa setiap konduktor dalam instalasi listrik ditentukan dengan benar untuk tegangan, arus, jarak, dan lingkungannya. Tukang listrik yang menarik konduktor 12-gauge untuk sirkuit 20-amp, insinyur yang menentukan ukuran feeder 500-kcmil untuk switchboard 400-amp, dan inspektur yang memeriksa bahwa konduktor dalam raceway tegangan campuran semuanya diberi peringkat untuk tegangan tertinggi yang ada, semuanya menerapkan kerangka kerja NEC yang sama. Memahami kerangka kerja itu — dan menerapkan setiap bagiannya, bukan hanya tabel ampacity — adalah dasar dari instalasi listrik yang aman dan sesuai kode.