Các yêu cầu của NEC đối với dây và điện áp mà chúng mang theo

Các yêu cầu của NEC đối với dây và điện áp mà chúng mang theo

Một sự cố gần đây liên quan đến một nhà thầu ở Illinois đã chạy cáp cho một nhà bếp thương mại mới bằng cách sử dụng dây đồng THHN cỡ 10 cho mạch ba pha 30 ampe, 208 volt cho lò đối lưu. Loại dây dẫn này được đánh giá cho 600 volt. Biểu đồ ampacity của NEC phê duyệt 35 ampe để sử dụng với dây dẫn này trong lắp đặt cụ thể. Có vẻ như mọi thứ đều đúng quy trình, nhưng thanh tra đã không chấp thuận lắp đặt không phải do kích thước dây hoặc đánh giá điện áp, mà vì nhà thầu đã chạy dây 208 volt trong cùng một ống dẫn với một số mạch chiếu sáng nhánh 120 volt mà không có rào cản vật lý nào. Điều này vi phạm yêu cầu của NEC nói rằng các dây có lớp điện áp khác nhau nên được tách biệt trừ khi tất cả đều được cách điện cho điện áp tối đa. Để làm cho việc lắp đặt tuân thủ, cần phải lấy ra các dây có điện áp cao hơn và thay vào đó sử dụng một ống dẫn riêng cho chúng. Kết luận chính là cổ điển — việc đáp ứng các yêu cầu của NEC về dây dẫn và điện áp không chỉ đơn giản là xem ampacity và đánh giá cách điện. Có sự tương tác giữa điện áp, đánh giá cách điện, khoảng cách và khoảng cách an toàn. Hướng dẫn này mô tả các quy tắc cơ bản của NEC liên kết kích thước dây và cách điện.

Tóm tắt: NEC không chứa bất kỳ biểu đồ nào chỉ định dây nào được sử dụng cho mỗi mức điện áp. Thay vào đó, NEC trình bày một loạt các thông số kỹ thuật phức tạp liên quan đến nhau mô tả một số yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến mối quan hệ giữa dây dẫn và điện áp mà nó mang. Trong số các thông số kỹ thuật chính này, chúng ta có thể thấy định mức điện áp cách điện (Điều 310.4 của NEC — yêu cầu tất cả các dây dẫn phải được cách điện đầy đủ cho điện áp cao nhất có thể xuất hiện trong ống dẫn hoặc cáp và các dây dẫn thuộc các lớp điện áp khác nhau phải được tách biệt với nhau trừ khi được cách điện đúng cách), định mức dòng điện và nhiệt độ (Điều 310.16 của NEC và các bảng liên quan — xác định khả năng chịu tải của dây dựa trên kích thước dây, định mức nhiệt độ cách điện, nhiệt độ môi trường và số lượng dây trong ống dẫn và yêu cầu kích thước dây được tính toán để cung cấp khả năng dòng điện không nhỏ hơn dòng tải và định mức của bộ ngắt mạch), sụt áp (Điều 210.19(A) của NEC Ghi chú Kỹ thuật số 4 yêu cầu không được xảy ra sụt áp quá 5% trong quá trình vận hành dây trên bất kỳ mạch nhánh nào và không quá 3% trong mạch cấp nguồn và 2% trong dây dẫn) và nguyên tắc áp dụng 125% (Điều 210.19(A)(1) của NEC — quy định kích thước dây phải tương ứng với 125% tải liên tục cộng với 100% tải dự kiến sử dụng trong hoạt động không liên tục). Tất cả các thông số kỹ thuật nêu trên đều có liên quan với nhau: ví dụ, một dây dẫn tuân thủ tiêu chuẩn cách điện có thể nhỏ hơn so với yêu cầu về định mức dòng điện và/hoặc sụt áp; tương tự, một dây dẫn phù hợp với tiêu chuẩn kích thước có thể bị lắp đặt sai nếu nó được đặt trong ống dẫn cùng với các dây dẫn thuộc tiêu chuẩn điện áp khác.

Mức Điện Áp Cách Điện Yêu Cầu Đầu Tiên và Cơ Bản Nhất

Định mức điện áp cách điện: Yêu cầu đầu tiên và cơ bản nhất

Tất cả các loại dây dẫn được sản xuất để đi dây bên trong các tòa nhà đều được gán một định mức điện áp được chỉ định trên lớp cách điện hoặc vỏ cáp. Định mức điện áp có nghĩa là lớp cách điện có khả năng chịu được điện áp được chỉ định liên tục và đây là điều đầu tiên mà thợ điện hoặc kiểm tra viên sẽ xem xét để kiểm tra xem một dây dẫn cụ thể có thể được áp dụng cho một mạch cụ thể hay không. Theo thực tiễn tiêu chuẩn trong các công trình điện áp thấp, các định mức cách điện tiêu chuẩn được xem là 300 V, 600 V và 1.000 V. Dây dẫn có khả năng chịu được điện áp cách điện 600 V, được sử dụng rộng rãi cho đi dây mạch nhánh dân dụng và thương mại, bao gồm các loại dây THHN, THWN và XHHW, phù hợp cho việc áp dụng cho bất kỳ loại mạch nào lên đến 600 V. Dây dẫn có khả năng chịu được điện áp cách điện 300 V thường được sử dụng cho đi dây thiết bị, dây nối đèn và một số cáp điều khiển và chỉ có thể được sử dụng cho các mạch sử dụng điện áp lên đến 300 V.

Mặc dù quy tắc của NEC, được quy định trong Điều 310.4, có khái niệm đơn giản, nhưng nó có một ý nghĩa đặc biệt mà không phải lúc nào cũng được nhận ra. Về bản chất, tất cả các dây dẫn được đặt trong ống dẫn, cáp hoặc hộp bảo vệ phải được cách điện phù hợp với điện áp định mức cao nhất có trong ống dẫn, cáp hoặc hộp bảo vệ đó. Do đó, nếu ống dẫn chứa các dây chiếu sáng 120 volt cũng như các dây động cơ 480 volt, thì tất cả các dây dẫn trong ống dẫn phải được cách điện theo điện áp ít nhất là 600 volt. Lớp cách điện của các dây dẫn 120 volt không thể chỉ là cách điện 300 volt mặc dù các dây dẫn chỉ có 120 volt; các dây dẫn này nằm cùng với các dây dẫn điện áp cao hơn, và do đó tất cả các dây dẫn được lắp đặt trong cùng một ống dẫn phải được định mức cho điện áp tối đa có trong hệ thống dây dẫn. NEC cung cấp một khả năng thứ hai: các dây dẫn với điện áp khác nhau có thể chia sẻ cùng một ống dẫn nếu chúng được cách điện với nhau bằng các rào cản không dẫn điện, mặc dù điều này rất hiếm khi thiết bị được lắp đặt trên thực địa. Thực tiễn phổ biến là bao phủ hệ thống dây dẫn điện áp hỗn hợp bằng các dây dẫn được định mức cho 600 volt, điều này giải thích rõ nhất lý do tại sao các dây dẫn với định mức này được sử dụng cho hầu hết các hệ thống dây dẫn công nghiệp và thương mại. Hiệp hội Bảo vệ Cháy Quốc gia (NFPA), đơn vị xuất bản NEC, cung cấp toàn văn Điều 310 và các bảng liên quan định nghĩa các định mức cách điện, ampacity và điều kiện lắp đặt cho từng loại dây dẫn.

Ampacity và Kích thước Dây dẫn: Mối quan hệ giữa Đường kính dây, Nhiệt độ và Dòng điện

Ampacity và Kích Thước Dây Dẫn Mối Quan Hệ Giữa Cỡ Dây, Nhiệt Độ và Dòng Điện

Trong một dây dẫn, điện áp vẫn là một yếu tố quan trọng, tuy nhiên, nó không phải là yếu tố duy nhất quyết định kích thước dây dẫn. Hơn nữa, kích thước dây dẫn phải phù hợp với dòng điện yêu cầu bởi tải, và kích thước phụ thuộc vào các yếu tố như đường kính dây dẫn, định mức nhiệt độ cách điện, điều kiện môi trường, cũng như lượng dòng điện chạy trong ống dẫn. Bảng ampacity theo NEC – cụ thể là Bảng 310.16 – hỗ trợ tính toán lượng dòng điện tối đa cho phép đối với loại dây dẫn dựa trên đường kính dây. Ví dụ, một dây dẫn đồng 12 AWG với lớp cách điện định mức 75˚C có thể chịu được 25 ampe (mặc dù NEC giới hạn dòng điện cho mạch này là 20 ampe) do theo quy định của NEC, các dây dẫn nhỏ dễ gặp vấn đề quá nhiệt hơn. Trong bảng dưới đây, các dữ liệu ampacity khác nhau được tóm tắt cho các dây dẫn đồng sử dụng trong hệ thống dây dẫn tòa nhà theo tiêu chuẩn định mức nhiệt độ NEC (75 C).

Kích thước Dây dẫn (AWG, Đồng) Ampacity ở 75°C (Bảng 310.16) Định mức Thiết bị quá dòng tiêu chuẩn (NEC 240.4(D)) Ứng dụng điển hình
14 AWG 20 A 15 A Mạch chiếu sáng và ổ cắm đa năng 15 ampe
12 AWG 25 A 20 A Mạch ổ cắm nhà bếp, giặt ủi và phòng tắm 20 ampe
10 AWG 35 A 30 A Mạch máy sấy 30 ampe, máy điều hòa nhỏ, bình nước nóng điện
8 AWG 50 A 40 A hoặc 50 A (tùy thuộc vào tải và ứng dụng) Mạch phạm vi 40 amp hoặc 50 amp, bộ sạc EV
6 AWG 65 A 50 A hoặc 60 A Bộ sạc EV lớn hơn, bảng phụ, bồn tắm nước nóng
4 AWG 85 A 70 A hoặc 80 A Dây cấp cho bảng phụ, thiết bị dân dụng lớn
2 AWG 115 A 100 A Bảng phụ dân dụng, lối vào dịch vụ nhỏ

Các số liệu ampacity có thể được điều chỉnh dựa trên các yếu tố môi trường và số lượng dây dẫn hiện diện trong ống dẫn. Trong trường hợp dây dẫn được sử dụng trong gác mái nóng, nơi nhiệt độ môi trường vượt quá nhiệt độ tham chiếu tiêu chuẩn 30°C (86°F), nó phải được giảm định mức khi ampacity cho phép bị giảm bởi các hệ số trong Bảng 310.15(B)(1). Ngoài ra, một ống dẫn có hơn ba dây dẫn mang dòng điện nên được giảm định mức theo các số liệu được cung cấp trong Bảng 310.15(C)(1). Do đó, việc giảm ampacity cho phép của dây dẫn xảy ra, và dây như vậy có thể bị kích thước sai cho mạch trên nhiệt độ. Để được trợ giúp với phép tính cụ thể cho bất kỳ mạch nào, hướng dẫn của chúng tôi về kích thước cầu dao bạn cần trình bày quy trình dựa trên NEC cho cả tải chung và tải động cơ, bao gồm các hệ số giảm định mức áp dụng cho các lắp đặt bó dây và nhiệt độ cao.

Sụt áp: Khuyến nghị của NEC trở thành yêu cầu trong thực tế

Sụt áp không phải là yêu cầu bắt buộc phải tuân theo theo NEC; thay vào đó, nó chỉ là hướng dẫn chung mà nhiều loại dự án tuân theo. Phần lớn, các kỹ sư tuân theo khuyến nghị sụt áp của NEC. Theo Điều 210.19(A) Ghi chú Thông tin số 4, NEC khuyến nghị rằng mạch nhánh không nên có giá trị sụt áp vượt quá 5%, trong đó không nên có hơn 3% trên dây cấp và tối đa 2% trên mạch nhánh. Hướng dẫn của NEC nêu rằng tải 120 volt nên nhận nguồn điện lên đến 114 volt. Tương tự, trong trường hợp tải 240 và 480 volt, các giá trị tương ứng được cung cấp là 228 volt và 456 volt.

Sụt Áp Khuyến Nghị của NEC Trở Thành Yêu Cầu Trong Thực Tiễn

Sụt áp được xác định bởi chiều dài dây dẫn, kích thước dây dẫn, lượng dòng điện chạy qua nó và điện áp nguồn. Dây dẫn cùng loại bằng đồng cỡ 12-gauge được sử dụng để mang 20 Ampe mà không có sụt áp quan sát được trên khoảng cách 50 feet sẽ trải qua sụt áp khoảng 5% khi khoảng cách tăng lên 200 feet, điều này lớn hơn mức chấp nhận được theo Mã điện Quốc gia và có thể dẫn đến một số vấn đề như đèn bị mờ, động cơ quá nhiệt và thiết bị điện tử hoạt động không đúng. Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách tăng kích thước dây dẫn, sử dụng dây đồng cỡ 10-gauge hoặc thậm chí 8-gauge cho khoảng cách dài, nhằm đảm bảo điện trở đủ và phạm vi sụt áp chấp nhận được. Trong bảng dưới đây, các chiều dài tối đa đã nêu của các kích thước dây dẫn và tải khác nhau được cung cấp.

Kích thước Dây dẫn (AWG, Đồng) Dòng tải Khoảng cách tối đa xấp xỉ cho sụt áp 5% (Mạch 120 V)
14 AWG 15 A 50 feet (15 mét)
12 AWG 20 A 60 feet (18 mét)
10 AWG 30 A 70 feet (21 mét)
8 AWG 50 A 75 feet (23 mét)

Những khoảng cách này là gần đúng và nên được tính toán chính xác cho việc lắp đặt cụ thể, sử dụng dòng tải thực tế, chiều dài dây dẫn thực tế và công thức sụt áp NEC áp dụng. Các công cụ tính trực tuyến và ứng dụng di động, nhiều trong số đó được tham khảo bởi các tổ chức ngành như Tạp chí Nhà thầu Điện, cung cấp một cách thuận tiện để thực hiện các phép tính này tại hiện trường, nhưng công thức cơ bản — Vd = (2 × L × I × R) / 1.000 cho các mạch đơn pha, trong đó R là điện trở của dây dẫn trên mỗi 1.000 feet theo Bảng 8 Chương 9 của NEC — là đơn giản và có thể được tính bằng máy tính kỹ thuật tiêu chuẩn.

Quy tắc 125% cho Tải Liên Tục: Kích Thước Dây Dẫn cho Đường Dài

Quy tắc 125% của NEC là một trong những quy định thường bị hiểu sai trong bộ quy chuẩn. Nó ảnh hưởng đến kích thước dây dẫn cần sử dụng trong một mạch điện. Nói đơn giản, tải liên tục được mô tả trong NEC là loại tải hoạt động trong ít nhất 3 giờ. Trong trường hợp này, dây dẫn sử dụng cho mạch phải được tính dựa trên 125% của tải liên tục cùng với 100% của tải không liên tục. Ví dụ, nếu chúng ta có một mạch với tải liên tục 16A (ví dụ: bình nước nóng), nó sẽ tạo ra định mức 20A — 16A * 1.25 = 20A. Điều này cho thấy dây dẫn đồng cỡ 12 là dây nhỏ nhất có thể sử dụng cho tải như vậy. Để tham khảo, dây đồng cỡ 14 sẽ quá nhỏ vì nó chỉ có khả năng chịu 15A. Ngoài ra, quy tắc này áp dụng cho thiết bị bảo vệ quá dòng: cầu dao cũng được kích thước theo 125% của tải. Vì vậy, ví dụ trong trường hợp 16A của chúng ta, chúng ta sẽ phải sử dụng cầu dao 20A. Đó là lý do tại sao nhiều mạch điện dân dụng (đặc biệt là hệ thống sưởi nhà, mạch chiếu sáng bình thường trong các tòa nhà và trung tâm dữ liệu) sử dụng mạch 20A với dây cỡ 12 thay vì tuân thủ quy chuẩn vì quy chuẩn yêu cầu như vậy và nó bảo vệ dây khỏi nhiệt sinh ra do sử dụng liên tục. The → Cái Tạp chí Nhà thầu ĐiệnUL cung cấp hướng dẫn chi tiết về việc áp dụng quy tắc 125% trong cả lắp đặt dân dụng và thương mại.

Quy tắc 83%: Khi Dây Dẫn Đầu Vào Dịch Vụ Được Kích Thước Khác Nhau

Quy tắc 83% của NEC là một quy tắc quan trọng đối với dây dẫn dịch vụ vào nhà ở dân dụng. Theo Điều 310.12(A) của NEC, dây dẫn dịch vụ vào cho một căn nhà đơn lẻ có thể được tính toán theo 83% của định mức dịch vụ, điều này khác với thực tiễn thông thường khi dịch vụ dân dụng 200 ampe được tính dựa trên yêu cầu tải đầy đủ như đối với dịch vụ thương mại 200 ampe. Quy tắc 83% xem xét tính đa dạng của nguồn cung cấp tải điện trong nhà, theo đó không có khả năng tất cả các thiết bị, đèn và ổ cắm đang sử dụng đều hoạt động ở tải đầy đủ. Do đó, dịch vụ 200 ampe có thể hoạt động bằng dây đồng 2/0 AWG, có thể cung cấp dòng điện với mức 175 ampe ở nhiệt độ 75°C, khác với dây đồng 3/0 AWG sẽ được sử dụng trong hệ thống thương mại 200 ampe. Thêm vào đó, quy định 83% chỉ áp dụng cho dây dẫn dịch vụ vào, là cáp kết nối giữa điểm kết nối tiện ích và công tắc ngắt chính của nhà, nhưng không áp dụng cho dây dẫn cấp nguồn, dây dẫn mạch nhánh hoặc bất kỳ dịch vụ nào khác ở các dịch vụ hạ lưu. Hơn nữa, quy tắc 83% chỉ áp dụng cho nhà đơn lẻ và sẽ hợp lý khi tất cả các lĩnh vực khác có dây dẫn dịch vụ được tính toán dựa trên yêu cầu tải và định mức thiết bị bảo vệ quá dòng.

Quy tắc 83%

Cách tất cả các quy tắc này tương tác: Một ví dụ thực tế

Các thông số kỹ thuật của NEC liên quan đến dây dẫn và mức điện áp của chúng là các quy tắc liên quan chặt chẽ mà một dây dẫn đơn phải đáp ứng tất cả. Ví dụ, một nhà sản xuất có thể sử dụng loại mạch động cơ ba pha với điện áp 480 volt và dòng điện 30 ampe. Dây dẫn phải có định mức cách điện tối thiểu là 600 volt vì điện áp 480 volt liên quan đến hệ thống điện áp thấp yêu cầu dây dẫn có cách điện 600 volt. Dây dẫn phải đáp ứng yêu cầu về kích thước dây phải bằng hoặc lớn hơn dòng điện của động cơ khi nó hoạt động đầy tải. Đối với động cơ chạy ở dòng 30 ampe và điện áp 480 volt, dây dẫn có thể là dây đồng #10. Tuy nhiên, do quy định cụ thể của NEC về mạch động cơ yêu cầu hệ thống bảo vệ quá dòng phải chịu được 125% của dòng điện tải đầy đủ của động cơ (khi sử dụng với động cơ làm việc liên tục), kích thước dây dẫn có thể lớn hơn dây đồng #10. Hơn nữa, dây dẫn cũng phải được giảm định mức trong trường hợp điều kiện thời tiết nóng; ví dụ, trần nhà máy có thể được giảm định mức vào mùa hè để tăng kích thước dây cần thiết. Kích thước dây cũng phải được kiểm tra liên quan đến vấn đề sụt áp; ví dụ, dây dài 300 feet chạy ở điện áp 480 volt có thể là dây #8 hoặc #6 tùy thuộc vào các giới hạn do sụt áp áp đặt. Dây dẫn cũng cần phải chia sẻ hệ thống với các dây có cùng định mức cách điện điện tử lớn hơn 600 volt. Dây dẫn sử dụng cho một động cơ phải đáp ứng tất cả các yêu cầu khác nhau này.

Câu hỏi thường gặp

Quy tắc 125% trong NEC là gì?

Theo Điều 210.19(A)(1) của NEC, các dây dẫn và thiết bị bảo vệ quá dòng phải có kích thước bằng 125% của tải liên tục cộng với 100% của tải không liên tục đối với tải liên tục là tải hoạt động trong ba giờ trở lên. Do đó, đối với tải liên tục 16 ampe, các dây dẫn phải có kích thước tương đương 20 ampe và một bộ ngắt mạch 20 ampe. Quy tắc này giúp duy trì an toàn nhiệt bằng cách ngăn ngừa dây dẫn bị quá nhiệt khi chạy liên tục trong thời gian dài.

Làm thế nào để xác định điện áp đi vào dây dẫn?

Để đo điện áp trên một dây dẫn, sử dụng đồng hồ vạn năng kỹ thuật số được điều chỉnh để đo điện áp AC với các đầu dò đo được đặt sao cho một đầu kết nối với dây dẫn trong khi đầu kia được gắn vào dây nối đất của mạch. Điện áp của dây dẫn chỉ có thể được đo khi dây dẫn đang có điện, và việc đo chỉ có thể được thực hiện bởi một thợ điện có chứng nhận sử dụng thiết bị kiểm tra phù hợp cũng như trang bị an toàn. Điện áp mà dây dẫn có thể chịu được được ghi trên lớp cách điện của nó, thường là 300 hoặc 600 volt đối với cách điện dây dẫn xây dựng, mặc dù điện áp này không nên bị nhầm lẫn với điện áp thực tế có trên dây dẫn tại thời điểm đo.

Quy tắc giảm điện áp 5% trong NEC là gì?

Theo hướng dẫn được trình bày trong Điều 210.19(A) Ghi chú Thông tin số 4 của Bộ Quy tắc Điện Quốc gia (NEC), khuyến cáo rằng tổng mức giảm điện áp tối đa trong mạch nhánh không vượt quá 5% của điện áp cung cấp, và điều này nên bao gồm giảm điện áp của dây cấp nguồn là 3% và giảm điện áp của mạch nhánh lên đến 2%. Mặc dù đây chỉ là khuyến nghị, nhưng nó vẫn được nhiều tiêu chuẩn thiết kế và quy định xây dựng áp dụng phổ biến. Giảm điện áp có thể được thực hiện hiệu quả bằng cách sử dụng dây dẫn có tiết diện lớn hơn và tính đến dòng tải hoạt động, chiều dài dây dẫn và điện áp cung cấp.

Quy tắc 83% trong NEC là gì?

Điều 310.12(A) của NEC giải thích quy tắc 83%, theo đó đối với nhà ở một gia đình, dây dẫn cửa vào dịch vụ có thể được chọn kích thước bằng 83% của công suất dịch vụ thực tế hoặc tải. Điều này có nghĩa là dịch vụ dân dụng có công suất định mức 200 ampe có thể sử dụng dây dẫn 2/0 AWG thay vì dây dẫn đồng 3/0 AWG lớn hơn được yêu cầu trong ứng dụng thương mại. Tuy nhiên, quy tắc 83% chỉ áp dụng cho dây dẫn cửa vào dịch vụ của nhà ở một gia đình, trong khi tất cả các dây dẫn khác phải được chọn kích thước theo ampacity thực tế của chúng, được xác định bởi các phép tính tải và định mức thiết bị bảo vệ quá dòng cho các mạch đó.

Tài liệu tham khảo

The → Cái Yêu cầu của NEC đối với dây dẫn và điện áp mà chúng mang không phải là một bảng duy nhất hay một quy tắc duy nhất. Chúng là một mạng lưới các yêu cầu liên quan — mức điện áp cách điện, ampacity, sụt áp, kích thước tải liên tục, và kích thước đầu vào dịch vụ — cùng nhau đảm bảo rằng mỗi dây dẫn trong một lắp đặt điện được chỉ định chính xác cho điện áp, dòng điện, khoảng cách và môi trường của nó. Thợ điện kéo dây dẫn cỡ 12 cho mạch 20 amp, kỹ sư xác định kích thước feeder 500 kcmil cho bảng điều khiển 400 amp, và thanh tra kiểm tra rằng các dây dẫn trong ống dẫn điện hỗn hợp điện áp đều được đánh giá cho điện áp cao nhất hiện diện đều đang áp dụng cùng một khung NEC. Hiểu được khung này — và áp dụng mọi phần của nó, không chỉ bảng ampacity — là nền tảng của việc lắp đặt điện an toàn, tuân thủ mã.

WhatsApp
+86 181 0587 1610
Email
info@huyu.com.cn
Facebook
huyuelectric1989
LinkedIn
HUYU Electric