Таблица токовой нагрузки меди: применение, критерии выбора и практическое руководство

Медный проводник 4/0 AWG встречается три раза в стандартной диаграмме токовой нагрузки для меди: 195 А при 60 °С, 230 А при 75 °С и 260 А при 90 °С. Каждая цифра верна, и ни одна из них не является автоматически той цифрой, которая необходима проекту. Значение, которое принадлежит к спецификации кабеля, является самым низким из трех пределов, а именно пониженной токовой нагрузки проводника, номинальной температуры окончания, на которое он приземляется, а также влияния температуры окружающей среды и группировки.

Это краткий ответ, и его стоит сформулировать перед любой таблицей: прочитайте диаграмму в обратном порядке, начиная с самого слабого компонента в схеме, примените поправки и определите размер на основе результата. Выбор размера непосредственно на основе столбца 90 °C позволяет получить 20–30% оптимизма конструкции, прежде чем кто-либо проверит номинал, указанный на наконечнике.

Что на самом деле измеряет диаграмма емкости меди

Токовая нагрузка — это максимальный непрерывный ток, который может выдерживать проводник, пока его изоляция остается в пределах номинальной температуры и стареет с предсказуемой скоростью. Это тепловой предел, а не электрический. Медный проводник имеет одинаковое сопротивление при 10 А и при 200 А, но выделяемое им тепло увеличивается пропорционально квадрату тока, а выделяемое им тепло зависит от площади поверхности, способа установки и температуры окружающей среды.

Шесть входов перемещают число на странице: поперечное сечение в AWG, тысячах миллиметрах или мм²; материал проводника и класс проводимости; номинальная температура изоляции и рубашки; метод установки, такой как свободный воздух, канал, лоток или подземный воздуховод; температура окружающей среды; и количество токоведущих проводников, находящихся в одном корпусе. Замените любой из них, и один и тот же медь может оказаться на расстоянии двадцати или тридцати ампер.

Прежде чем указывать какое-либо число, необходимо проверить два соглашения. Таблицы AWG и kcmil обычно предполагают температуру окружающего воздуха 30 °C и определенное заполнение кабелепровода, тогда как таблицы IEC могут предполагать 30 °C в воздухе и 20 °C в земле с различными коэффициентами группировки. Значение 25 мм², взятое из таблицы IEC, не будет точно совпадать со списком AWG, поскольку 25 мм² находится между 4 AWG (приблизительно 21,2 мм²) и 3 AWG (примерно 26,7 мм²). Смешение двух систем в одном графике является частым источником путаницы на этапе тендеров.

Почему одна и та же медь показывает три разные токи

Три столбца существуют потому, что изоляция разрушается на температурной кривой. Соединения ПВХ обычно рассчитаны на температуру 70 °C или 75 °C, XLPE и EPR достигают 90 °C, а столбец с температурой 60 °C выдерживает в основном устаревшую резиновую изоляцию и оборудование, предназначенное для заделок, рассчитанных на 60 °C. Проводник с температурой 90 °C не является «лучшей медью»; это та же самая медь с изоляцией, которая выдерживает большее количество тепла, прежде чем она станет хрупкой или деформируется.

Второй предел находится на концах кабеля. Клеммные колодки, наконечники и площадки выключателя оцениваются отдельно, и общим правилом является то, что в цепях с током выше 100 А предполагается использование оконечных устройств, рассчитанных на температуру 75 °C, если только на оборудовании не указано иное. Таким образом, кабель из сшитого полиэтилена, рассчитанный на температуру 90 °C, подключенный к наконечнику, рассчитанному на температуру 75 °C, ограничен значением 75 °C, и дополнительный тепловой запас становится полезным только тогда, когда он расходуется при снижении номинальных характеристик.

Это практический вывод для работы по спецификациям: выбирайте продукт с температурой 90 °C, чтобы обеспечить запас по высоте, который он дает в помещениях с горячими электростанциями и переполненных лотках, но никогда не указывайте столбец с температурой 90 °C в качестве номинала цепи без подтверждения подключения. Если эти два мнения не совпадают, решающее значение имеет меньшее число, и эта разница часто объясняет, почему два поставщика указывают один и тот же кабель с подозрительно разными текущими требованиями.

Пропускная способность меди по размеру: где изгибается кривая

Допустимая нагрузка не зависит от поперечного сечения. Переход от 6 АРГ к 500 тыс. смиль увеличивает площадь проводника примерно в девятнадцать раз, но токовая нагрузка при 90 °C возрастает только с 75 А до 430 А, то есть примерно в 5,7 раза. Тепло покидает проводник через его поверхность, и поверхность увеличивается в диаметре, а не в площади, поэтому каждый дополнительный квадратный миллиметр меди покупает немного меньший ток, чем предыдущий.

Столбики масштабированы до 430 А. Визуальный разрыв между двумя номиналами сужается в абсолютном выражении по мере увеличения размера, поэтому штрафы за снижение номинальных характеристик вредят маленьким проводникам пропорционально больше, чем большим.

Этот изгиб имеет два практических последствия. Во-первых, несколько параллельных проводников меньшего размера могут рассеивать тепло лучше, чем один большой проводник той же общей площади, но в этом случае каждая параллельная ветвь привлекает факторы группировки, и каждая ветвь нуждается в собственном пространстве для подключения. Во-вторых, падение напряжения ведет себя в направлении, противоположном нагреву, поэтому длинные промежутки обычно обусловлены падением, а не столбом тока, и проводник, прошедший проверку токовой нагрузки, все равно может не пройти проверку с большим отрывом.

Снижение номинальных характеристик: поправки, меняющие окончательный результат

Поправочные коэффициенты — это когда значения диаграммы превращаются в расчетные значения. Ниже приведена последовательность действий, которой стоит следовать, используя в качестве рабочего случая медный проводник из сшитого полиэтилена 1/0 AWG.

1. Отталкивайтесь от табличного значения номинала изоляции: 170 А при 90 °C.
2. Примените коррекцию окружающей среды. При температуре воздуха 45 °C коэффициент для проводника с температурой 90 °C составляет около 0,87, что дает примерно 148 А.
3. Примените коэффициент группировки для количества нагруженных проводников, находящихся на одной дорожке. Шесть проводников обычно используют 0,80, что дает примерно 118 А.
4. Сравните с пределом нагрузки 150 А при 75 °C. Завершение здесь не является обязательным ограничением.
5. Примените правило продолжительной нагрузки, которое требует, чтобы проводник был рассчитан не менее чем на 125 % продолжительной нагрузки. Полезная длительная нагрузка падает примерно до 94 А.

Пропустите тот же проводник с наконечниками на 60 °C, и картина снова изменится: ток падает до 125 А, а после тех же поправок схема ограничивается примерно до 87 А. Проектировщик, читающий только столбец 90 °C, имел бы завышенную мощность почти на 100% до внесения поправок и примерно на 35% после них. Этот разрыв представляет собой реальную стоимость непроверенной эталонной схемы, и его гораздо дешевле обнаружить на бумаге, чем во время ввода в эксплуатацию.

Допустимая токовая нагрузка – это еще не вся история для заземляющих проводников

Заземляющие проводники имеют разные размеры. Заземляющий проводник оборудования обычно выбирается из таблицы, привязанной к номиналу вышестоящего устройства максимального тока, а не к току нагрузки: для устройства на 200 А требуется медь 6 AWG, 400 А для 3 AWG, 600 А для 1 AWG, и лестница продолжается вверх по номиналу устройства. Диаграмма мощности мало что скажет вам об этом выборе.

Вместо этого правит кратковременное сопротивление. Адиабатическая проверка: S = √(I²t)/k, где S — площадь проводника в мм², I — ток повреждения в амперах, t — время отключения в секундах, а k — константа материала и изоляции: около 143 для меди с изоляцией из ПВХ и 176 для меди с изоляцией из сшитого полиэтилена, взято из IEC 60364-5-54. Таким образом, медный заземляющий провод из ПВХ сечением 35 мм² поглощает примерно 5 кА в течение одной секунды. Более длительное время устранения или более высокие уровни повреждения быстро увеличивают зону, поэтому настройки защиты и размер проводника всегда проверяются вместе.

Та же логика объясняет, почему заземляющее оборудование определяется сопротивлением соединений и стойкостью к короткому замыканию, а не постоянной токовой нагрузкой, и почему основной вопрос стойкости заслуживает отдельного рассмотрения. Механика этой проверки изложена в этой заметке на какой ток выдерживают заземлители при замыкании , что хорошо сочетается со значениями диаграммы выше.

Заземляющий медный многожильный провод для заземления Многожильный заземляющий проводник из меди высокой чистоты доступен в твердотянутом, мягкотянутом или луженом исполнении и подходит для заземления силового оборудования, где проверяется устойчивость к току короткого замыкания. Посмотреть продукт →

Заземляющая шина из бескислородной меди для заземления Односортный бескислородный медный стержень с содержанием меди до 99,97% и низким удельным сопротивлением, что актуально при сравнении номиналов оголенных шин и оснований, рассчитанных на повышение температуры, для проектов заземления. Посмотреть продукт →

В этих расчетах неизолированные медные шины и многожильные медные проводники ведут себя иначе, чем изолированный кабель. Шина не имеет оболочки, ограничивающей ее температуру, но опубликованные номиналы шин различаются на 30–50% в зависимости от источника, поскольку ориентация, расстояние, условия в камере и допустимое повышение температуры различаются. При сравнении стержня 25 × 3 мм, рассчитанного на 250 А, с стержнем, рассчитанным на 350 А, проверьте основу повышения температуры, прежде чем предполагать, что какое-либо из них неверно.

Что указать в заказе на поставку

Поскольку большая часть диаграммы зависит от контекста, в документе заказа должны быть указаны цифры, которые ее фиксируют. Укажите стандарт проводника (IEC 60228, класс 2 для многожильных медных проводов или ASTM B8, где применяются дюймовые размеры), номинальное поперечное сечение и максимальное сопротивление постоянному току при 20 °C: медь 25 мм² не должна превышать примерно 0,727 Ом/км, а 95 мм² — примерно 0,193 Ом/км. Укажите тип изоляции и номинальную температуру, класс скрутки и стандарт, которому будет соответствовать сертификат испытаний.

Там, где в качестве замены предлагается сталь, плакированная медью, или алюминий, плакированный медью, марка имеет большее значение, чем диаметр. Сталь с медным покрытием обычно предлагается с проводимостью 21%, 30% или 40% IACS, поэтому марка 40% пропускает примерно 40% тока сплошного медного проводника того же размера. Поставщик, который указывает только «медное покрытие» без класса проводимости, не ответил на вопрос.

Допуски — это тихий коммерческий риск. Проводник, диаметр которого меньше номинального на 2%, теряет около 4% своего поперечного сечения, что проявляется в нескольких процентах дополнительного сопротивления и нескольких градусах дополнительной рабочей температуры за годы эксплуатации. Штангенциркули на многожильном проводе ненадежны; взвешивание измеренной длины или измерение сопротивления на мосту разрешает спор за считанные минуты.

Гибкий заземляющий разъем в медной оплетке Гибкий заземляющий разъем из медной оплетки или фольги с наконечником из прессованной бескислородной меди, посеребренным или луженым, для цепей с низким сопротивлением, где важны характеристики наконечника и соединения. Посмотреть продукт →

Гибкие разъемы, оплетки и перемычки заслуживают такой же дисциплины, поскольку их токовая нагрузка ограничивается соединением и наконечником, а не самим проводником. Покупатели, работающие со спецификациями, часто привязывают эти элементы к диапазону заземляющих проводников, так что одна спецификация охватывает весь путь заземления; Ассортимент медных заземляющих проводов является полезным ориентиром при объединении этих позиций.

Проверки, которые стоит выполнить перед совершением сделки

1. Проверьте номинальную температуру каждого окончания цепи, а не только кабеля.
2. Запишите расчетную температуру окружающей среды и количество нагруженных проводников на каждую дорожку; и то, и другое необходимо для обоснования заниженной цифры.
3. Проверьте, построена ли диаграмма, которую вы читаете, на основе AWG или метрических предположений, и никогда не интерполируйте между двумя системами.
4. Проверьте уровень неисправности и время устранения заземляющих и соединительных проводников, поскольку сама по себе токовая нагрузка не определяет их размер.
5. Запросите данные о сопротивлении и классе проводимости для любого варианта с медным покрытием.

Таблица токовой нагрузки меди — это отправная точка, а не ответ. Число, которое выдерживает проверку, — это число, которое было обрезано с учетом ограничений окружающей среды, группировки и подключения, а затем проверено на устойчивость к сбоям там, где проводник предназначен для защиты людей, а не для переноса нагрузки.