Cường độ dòng điện, kích thước và loại cáp: Hướng dẫn thực hành và tham khảo của NEC

Độ khuếch đại mạch tối thiểu là gì?

Độ khuếch đại mạch tối thiểu (MCA) là khả năng mang dòng điện tối thiểu mà hệ thống dây điện của mạch phải có để cấp nguồn an toàn cho một thiết bị cụ thể. Đó là giá trị được tính toán — không phải cường độ dòng điện đang chạy của thiết bị — tính đến các yêu cầu tải liên tục, đặc tính khởi động của động cơ và giới hạn an toàn bắt buộc theo mã. Tại Hoa Kỳ, Điều 440 của Bộ luật Điện Quốc gia (NEC) chi phối việc tính toán MCA cho các thiết bị điều khiển bằng động cơ như thiết bị HVAC, máy nén và hệ thống làm lạnh.

Công thức NEC tiêu chuẩn cho MCA trên thiết bị động cơ-máy nén là: MCA = 1,25 × (FLA động cơ lớn nhất) của tất cả các tải khác trên mạch . Ví dụ, một máy điều hòa không khí có máy nén có bản vẽ 14A và động cơ quạt có bản vẽ 3A sẽ có MCA là (1,25 × 14) 3 = 20,5A . Các dây dẫn nguồn phải có kích thước để mang ít nhất 20,5A - nghĩa là tối thiểu 12 AWG đồng trong các điều kiện tiêu chuẩn của Bảng 310.12 của NEC, mặc dù hầu hết người lắp đặt sẽ chọn 10 AWG để đáp ứng yêu cầu bảo vệ quá dòng tối đa trên cùng một bảng tên.

MCA khác với xếp hạng bảo vệ quá dòng tối đa (MOCP), đặt ra mức trần cho kích thước cầu dao hoặc cầu chì. Dây phải có kích thước phù hợp với MCA; thiết bị quá dòng phải có kích thước nằm giữa MCA và MOCP. Cả hai giá trị đều được NEC 440.4(B) yêu cầu phải được đánh dấu trên bảng tên thiết bị. Sử dụng dây nhỏ hơn MCA - ngay cả khi được bảo vệ bằng cầu dao có kích thước chính xác - là vi phạm quy tắc và nguy cơ hỏa hoạn vì dây dẫn không thể chịu tải liên tục mà thiết bị yêu cầu một cách an toàn.

Độ khuếch đại dây theo máy đo: Đồng và nhôm

Cường độ dòng điện - dòng điện liên tục tối đa mà dây dẫn có thể mang mà không vượt quá định mức nhiệt độ cách điện - được xác định bằng thước đo dây (AWG hoặc kcmil), vật liệu dây dẫn (đồng hoặc nhôm), định mức nhiệt độ cách điện và phương pháp lắp đặt. Các giá trị bên dưới dựa trên Bảng 310.12 của NEC đối với dây dẫn trong ống dẫn hoặc cáp ở mức cách điện 60°C và 75°C trong môi trường xung quanh 30°C, đây là những điều kiện lắp đặt phổ biến nhất trong thế giới thực. Độ khuếch đại giảm khi nhiều dây dẫn mang dòng dùng chung một ống dẫn (giảm công suất áp dụng ở 4 dây dẫn trở lên), khi nhiệt độ môi trường vượt quá 30°C hoặc khi dây dẫn được bó trong không khí tự do.

Ampe tối đa 10 dây

Dây đồng 10 AWG có cường độ dòng điện định mức là 30A ở 60°C và 35A ở 75°C theo Bảng NEC 310.12. Trong hệ thống dây điện dân dụng - nơi hầu hết các thiết bị và thiết bị đầu cuối được định mức ở 60°C - giới hạn thực tế là 30A, đó là lý do tại sao 10 AWG được ghép nối với cầu dao 30A cho mạch máy sấy điện, máy điều hòa không khí cửa sổ lớn và mạch nhánh bộ sạc EV. Giá trị cột 75°C chỉ áp dụng khi tất cả các đầu cuối, thiết bị và thiết bị trên mạch điện được định mức ở 75°C, đây là trường hợp trong nhiều ứng dụng thương mại và công nghiệp sử dụng cầu dao và bảng định mức 75°C.

Ampe tối đa cho dây 8 thước

8 Dây đồng AWG mang 40A ở 60°C và 50A ở 75°C. Giá trị 60°C chi phối việc lắp đặt khu dân cư; Do đó, 8 AWG là mức tối thiểu cho mạch 40A và được sử dụng cho các mạch thiết bị lớn và một số bảng phụ. Ở mức định mức 75°C, 8 AWG có thể hỗ trợ tải 50A trong hệ thống dây điện thương mại trong đó các đầu cuối 75°C được xác nhận trên toàn mạch. Lưu ý rằng dây nhôm 8 AWG mang 40A ở 75°C — một kích thước thước đo thực tế nhỏ hơn đồng cho cùng một công suất, đó là lý do tại sao nhôm ít được sử dụng ở thước đo này trong hệ thống dây điện nhánh mặc dù chi phí mỗi foot của nó thấp hơn.

Độ khuếch đại của 4 AWG Copper

4 AWG đồng được đánh giá ở 70A (60°C) và 85A (75°C). Nó thường được chỉ định cho các mạch cấp nguồn 70A và 80A, cấp nguồn bảng phụ trong các khu dân cư và mạch nhánh cho thiết bị nhà bếp thương mại lớn. Ở 75°C, đồng 4 AWG về mặt kỹ thuật có thể hỗ trợ tải 85A, mặc dù phối hợp cầu dao thường đạt tới 80A là kích thước tiêu chuẩn tiếp theo dưới 85A.

Định cỡ dây cho các ứng dụng trung chuyển và dịch vụ chung

Kích thước dây cho máy cắt 50 Ampe là bao nhiêu?

Yêu cầu mạch 50A 6 AWG đồng hoặc 4 AWG nhôm ở mức tối thiểu. NEC yêu cầu các dây dẫn mạch nhánh phải có kích thước không nhỏ hơn định mức thiết bị quá dòng đối với các mạch không có động cơ, không phải HVAC - vì vậy bộ ngắt 50A có nghĩa là dây định mức 50A. Ở 75°C, đồng 8 AWG đạt 50A, nhưng do hầu hết các ổ cắm dân dụng và đầu cuối bảng điều khiển đều có định mức 60°C nên cột 60°C sẽ chi phối và giới hạn 40A của 8 AWG là không đủ. Sử dụng đồng 6 AWG với cầu dao 50A cho các mạch điện 240V dân dụng tiêu chuẩn như bộ sạc EV Cấp 2, bồn tắm nước nóng và phạm vi sử dụng.

Kích thước dây cho dịch vụ 100 Amp

Đối với lối vào hoặc đường dẫn dịch vụ khu dân cư 100A, 2 AWG đồng hoặc 1/0 AWG nhôm là sự lựa chọn tiêu chuẩn. Ở 75°C, 2 đồng AWG mang 115A — biên độ đủ trên 100A cho dịch vụ. Dây dẫn lối vào dịch vụ được phép sử dụng cột 75°C theo NEC 230.42 vì các kết nối phía tiện ích và đế đồng hồ được xếp hạng tương ứng. Tùy chọn đồng nhỏ gọn hơn nhưng đắt hơn; nhôm là sự lựa chọn hiệu quả về mặt chi phí để có thời gian sử dụng lâu hơn và là vật liệu chủ yếu cho cáp vào dịch vụ dân cư ở Bắc Mỹ.

Dây nhôm 1/0 cho dịch vụ 100 Amp

Nhôm 1/0 AWG được đánh giá ở mức 120A ở 75°C , làm cho nó trở thành kích thước dây dẫn tiêu chuẩn cho các ứng dụng lối vào và trung chuyển dịch vụ dân cư 100A khi sử dụng nhôm. Nó được chỉ định trong cáp đầu vào dịch vụ (loại SEU hoặc SER) và trong ống dẫn chạy từ đế đồng hồ đến bảng điều khiển chính. Việc sử dụng nhôm 1/0 cho dịch vụ 100A hoàn toàn tuân thủ NEC ở các đầu cuối 75°C, đây là tiêu chuẩn ở cầu dao chính và đế đồng hồ tiện ích. Các kết nối bằng nhôm ở kích thước này yêu cầu phải có hợp chất chống oxy hóa ở tất cả các đầu cuối và vấu hoặc đầu nối được xếp hạng bằng nhôm — việc không sử dụng phần cứng được xếp hạng bằng nhôm là nguyên nhân hàng đầu gây ra hiện tượng quá nhiệt ở các đầu nối của dây dẫn nhôm.

Độ khuếch đại của đồng 1/0

Đồng 1/0 AWG mang 125A ở 60°C và 150A ở 75°C. Nó được sử dụng cho các bộ cấp nguồn dịch vụ 125A và 150A, bộ cấp nguồn bảng phụ và các mạch nhánh thương mại lớn. Bước khuếch đại đáng kể giữa đồng 1/0 và 3/0 (150A so với 200A ở 75°C) khiến hai kích thước này trở thành lựa chọn tiêu chuẩn tương ứng cho các ứng dụng dịch vụ 150A và 200A.

Độ khuếch đại dây đồng 3/0

Đồng 3/0 AWG được định mức ở 165A (60°C) và 200A (75°C) , làm cho nó trở thành dây dẫn tiêu chuẩn cho các ứng dụng lối vào dịch vụ dân cư 200A và nguồn cấp điện chính. Bảng điều khiển chính 200A được cấp điện bằng ống đồng 3/0 từ đế đồng hồ là cấu hình phổ biến nhất cho việc xây dựng khu dân cư mới ở Hoa Kỳ. Đối với dịch vụ nhôm 200A, thường yêu cầu 350 kcmil — lớn hơn đáng kể so với đồng 3/0, điều này minh họa tại sao đồng được ưa chuộng hơn khi đường ống dẫn hoặc không gian định tuyến vật lý bị hạn chế.

8/4 Độ khuếch đại dây SOOW

SOOW là loại dây nguồn di động — ký hiệu này được chia thành: S (cấp dịch vụ, 600V), O (áo khoác ngoài chịu dầu), O (cách điện chịu dầu), W (chịu thời tiết và nước). Đây là loại dây di động nhiều dây dẫn linh hoạt được sử dụng để cấp nguồn tạm thời, kết nối thiết bị công nghiệp, máy phát điện và phân phối điện cho sân khấu/sự kiện. 8/4 ôi có nghĩa là bốn dây dẫn, mỗi dây 8 AWG.

Độ khuếch đại của dây mềm được điều chỉnh bởi Bảng 400.5(A) của NEC, tách biệt với các bảng cường độ nối dây cố định. 8 dây dẫn AWG trong một dây mềm có định mức 40A trên mỗi dây dẫn theo Bảng 400.5(A)(1) của NEC đối với dây có 4 dây dẫn mang dòng trở xuống. Trong dây SOOW 8/4 được sử dụng cho nguồn điện ba pha (ba dây dẫn nóng cộng với một dây nối đất), ba dây dẫn mang dòng điện - trong giới hạn 4 dây dẫn - do đó, định mức 40A được áp dụng mà không giảm công suất. Dây thường được kết thúc bằng đầu nối khóa xoắn (NEMA L14-30 hoặc L15-50 cho các ứng dụng sân khấu và máy phát điện thông thường) và được định mức cho dịch vụ 40A ở 600V.

Không nên sử dụng dây SOOW để thay thế cho hệ thống dây điện cố định của tòa nhà. Nó được xếp hạng để sử dụng di động và tạm thời, và Điều 400 của NEC cấm sử dụng nó như một phương pháp nối dây cố định. Nó cũng không được xếp hạng để chôn trực tiếp hoặc lắp đặt bên trong các bức tường.

Cáp được thiết kế để chôn cất trực tiếp

Cáp chôn trực tiếp được thiết kế đặc biệt để lắp đặt dưới lòng đất không có ống dẫn, tiếp xúc trực tiếp với đất. Nó đòi hỏi một lớp vỏ và hệ thống cách nhiệt có khả năng chống lại sự xâm nhập của hơi ẩm, hóa chất trong đất, áp lực đất và chu kỳ nhiệt độ mà không bị suy giảm trong vòng đời sử dụng 25–40 năm. Các loại cáp trong nhà tiêu chuẩn — dây NM-B (Romex), THHN hoặc SOOW — không được xếp hạng để chôn trực tiếp và sẽ hỏng nhanh chóng khi được chôn.

Các loại cáp chôn trực tiếp chính được NEC công nhận bao gồm:

• UF-B (Cáp cấp điện ngầm và cáp mạch nhánh): Tiêu chuẩn chôn cất trực tiếp tại khu dân cư. Các dây dẫn được cách điện riêng và được bọc trong lớp vỏ PVC cứng lấp đầy các kẽ hở giữa các dây dẫn, mang lại khả năng chống ẩm trên toàn bộ mặt cắt cáp. UF-B được xếp hạng ở nhiệt độ 60°C trong điều kiện ẩm ướt và yêu cầu độ sâu chôn tối thiểu là 24 inch để chôn trực tiếp hoặc 12 inch khi được GFCI bảo vệ theo Bảng 300.5 của NEC.
• USE-2 (Lối vào dịch vụ ngầm): Được xếp hạng cho các ứng dụng chôn cất trực tiếp và lối vào dịch vụ. Dây dẫn USE-2 có khả năng chống ánh sáng mặt trời và chịu được nhiệt độ 90°C trong điều kiện ẩm ướt hoặc khô, khiến chúng thích hợp cho việc đi dây hệ thống quang điện và chạy dọc từ máy biến áp tiện ích đến đế đồng hồ.
• THWN-2 / XHHW-2 trong ống dẫn: Đối với các đường cấp điện ngầm có công suất cao hơn, các dây dẫn riêng lẻ có xếp hạng vị trí ẩm ướt được kéo qua ống dẫn PVC Bảng 40 hoặc Bảng 80 - ống dẫn đóng vai trò bảo vệ cơ học và độ sâu chôn tối thiểu của ống dẫn trong rãnh nông hơn (18 inch đối với ống dẫn PVC theo Bảng 300.5 của NEC) so với cáp chôn trực tiếp.
• Cáp khay chôn trực tiếp định mức (TC-ER): Được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và tiện ích cho các mạch điều khiển và nguồn đa dây dẫn được chôn không có ống dẫn ở quy mô lớn hơn.

Bất kể loại cáp nào, việc lắp đặt chôn trực tiếp phải bao gồm một băng cảnh báo được chôn phía trên cáp 12 inch để cảnh báo các máy đào trong tương lai và tất cả các mối nối phải được thực hiện trong các hộp nối dễ tiếp cận hoặc bằng bộ nối nối chống nước, chứa đầy gel được xếp hạng để chôn trực tiếp - đai ốc và băng keo điện tiêu chuẩn không chống ẩm và sẽ bị hỏng dưới lòng đất.

Cáp Riser và cáp Hội nghị toàn thể: Sự khác biệt là gì?

Riser và plenum là các mức chống cháy dành cho cáp thông tin liên lạc và cáp điện áp thấp — không phải cáp điện — quy định nơi có thể lắp đặt các loại cáp cụ thể dựa trên cách chúng hoạt động khi xảy ra cháy tòa nhà. Xếp hạng này tồn tại vì vỏ cáp và các hợp chất cách nhiệt, khi đốt, có thể giải phóng khí độc và làm lan truyền ngọn lửa qua các đường dẫn khí của tòa nhà. NEC (Điều 800 về thông tin liên lạc, Điều 770 và 820 về cáp quang và đồng trục) và các quy tắc xây dựng quy định xếp hạng cáp cụ thể cho các vị trí cụ thể.

Cáp Toàn Cầu (CMP)

Hệ thống thông gió là bất kỳ không gian nào được sử dụng để lưu thông không khí trong hệ thống HVAC của tòa nhà - bao gồm không gian phía trên trần thả (khi được sử dụng làm hệ thống thông gió hồi lưu) và các tầng nâng lên được sử dụng để phân phối không khí được điều hòa. Cáp được xếp hạng toàn thể (được đánh dấu CMP cho Hội nghị toàn thể đa năng về truyền thông) phải đáp ứng các tiêu chuẩn chống cháy và tạo khói nghiêm ngặt nhất: UL 910 (Thử nghiệm đường hầm Steiner), đo cả độ lan truyền ngọn lửa và mật độ khói. Vỏ cáp Plenum thường được làm từ các hợp chất ít khói, chống cháy như ethylene propylene fluoride (FEP) hoặc PVC có công thức đặc biệt. Cáp thông gió được yêu cầu theo mã trong bất kỳ cáp nào chạy qua không gian thông gió. Đây là cấp xếp hạng cáp đắt nhất.

Cáp nâng (CMR)

Cáp định mức Riser (CMR) đã được thử nghiệm theo tiêu chuẩn UL 1666 (Thử nghiệm ngọn lửa Riser), đánh giá khả năng chống lại sự lan truyền ngọn lửa theo chiều dọc giữa các tầng của cáp — mối quan tâm quan trọng khi chạy trục, cầu thang hoặc ống dẫn đi qua các cụm sàn. Cáp Riser phải tự dập tắt và không mang ngọn lửa từ tầng này sang tầng khác nhưng không cần đáp ứng yêu cầu về mật độ khói thấp của cáp thông gió. Cáp Riser sử dụng vỏ bọc PVC tiêu chuẩn hoặc tương tự và có giá thấp hơn cáp thông gió. Nó thích hợp cho các đường chạy thẳng đứng trong ống dẫn hoặc khay cáp đi qua các tầng nhưng không đi vào không gian thông gió.

Hệ thống phân cấp thay thế

Các quy tắc thay thế xếp hạng cáp của NEC tuân theo một hệ thống phân cấp nghiêm ngặt: Plenum (CMP) có thể thay thế cho cáp Riser (CMR), cáp mục đích chung (CM) hoặc cáp sử dụng hạn chế (CMX) ở bất kỳ vị trí nào . Riser có thể thay thế cho mục đích chung hoặc cáp sử dụng hạn chế. Không thể sử dụng cáp đa năng trong không gian đứng hoặc không gian thông gió. Điều này có nghĩa là người cài đặt luôn có thể sử dụng cáp có xếp hạng cao hơn thay cho cáp có xếp hạng thấp hơn, nhưng không bao giờ làm ngược lại. Ý nghĩa thực tế: một tòa nhà được nối cáp hoàn toàn bằng cáp định mức toàn thể sẽ hoàn toàn tuân thủ quy tắc ở mọi nơi, nhưng với chi phí vật liệu cao hơn đáng kể so với việc chỉ sử dụng ống đứng trong các trục và toàn thể trong các không gian xử lý không khí.