1. เหตุใดการคำนวณความทึบจึงจำเป็น?
การเลือกขนาดสายไฟและการป้องกันที่เหมาะสมถือเป็นสิ่งสำคัญในการออกแบบระบบไฟฟ้า การคำนวณความทึบแสงอย่างถูกต้องช่วยให้มั่นใจได้ว่าสายไฟจะไม่ร้อนเกินไปหรือโอเวอร์โหลดภายใต้ภาระที่คาดไว้ ขณะเดียวกันก็บรรลุความสมดุลระหว่างความปลอดภัยและความคุ้มทุน-สาย THHN(เคลือบไนลอนทนความร้อนสูง-ด้วยเทอร์โมพลาสติก-) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการก่อสร้างและอุตสาหกรรมเนื่องจากมีคุณสมบัติทางโครงสร้างและทนความร้อน- ทำให้การประเมินความทึบของวัสดุที่แม่นยำเป็นสิ่งสำคัญ
2. แนวคิดพื้นฐานและคำศัพท์เฉพาะทาง
สาย THHN:ประกอบด้วยตัวนำทองแดงหรืออะลูมิเนียม ฉนวนเทอร์โมพลาสติก และแจ็คเก็ตไนลอน ได้รับการจัดอันดับสำหรับอุณหภูมิในการทำงานสูงถึง 90 องศา และเหมาะสำหรับใช้ในสภาพแวดล้อมทั้งแห้งและชื้น
ความทึบ:กระแสไฟฟ้าสูงสุดที่ตัวนำสามารถพกพาได้อย่างปลอดภัยเป็นระยะเวลานานภายใต้สภาวะเฉพาะ ซึ่งเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญในการใช้งานทางวิศวกรรม
เอ็นอีซี:ประมวลกฎหมายไฟฟ้าแห่งชาติของสหรัฐอเมริกาทำหน้าที่เป็นพื้นฐานทางกฎหมายที่สำคัญในการเลือกสายไฟ THHN
3. มาตรฐานและกฎระเบียบที่เกี่ยวข้อง
ตาราง NEC 310.15(B)(16)แสดงรายการความสามารถในการรองรับกระแสไฟฟ้าพื้นฐาน (I_table) ของขนาดตัวนำที่แตกต่างกัน ณ ระดับอุณหภูมิที่ต่างกัน ตัวอย่างเช่น ตามตารางนี้ ความสามารถในการรองรับกระแสของตัวนำทองแดง AWG THHN 6 ตัวที่ 90 องศาคือ 75A; 8AWG คือ 55A
เอ็นอีซี 110.14(ซี)ระบุว่าถึงแม้ตัวนำอาจมีพิกัดอุณหภูมิที่สูงกว่า การใช้งานจริงอาจจำเป็นต้องจำกัดไว้ที่พิกัดอุณหภูมิที่ต่ำกว่า เนื่องจากข้อจำกัดอุณหภูมิของขั้วต่อหรือจุดเชื่อมต่อ ข้อมูลสำหรับพิกัดอุณหภูมิที่สูงกว่าควรใช้เมื่อทำการคำนวณการลดพิกัดเท่านั้น
4. พื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการคำนวณความทึบ
สูตรพื้นฐานที่ใช้กันทั่วไปในการคำนวณความทึบมีดังนี้:
I_actual=I_table × C_temp × C_group
I_ตาราง:ค่าความทึบฐานจากตาราง NEC
C_temp (ปัจจัยการแก้ไขอุณหภูมิ):แก้ไขความเบี่ยงเบนของอุณหภูมิโดยรอบจากเส้นฐาน (ปกติคือ 30 องศา) ตัวอย่างเช่น ที่ 40 องศา ตัวประกอบอุณหภูมิสำหรับตัวนำพิกัด 90 องศา - จะอยู่ที่ประมาณ 0.91
C_group (ปัจจัยการแก้ไขการรวมกลุ่ม):เมื่อจำนวนตัวนำเกินสามตัว ประสิทธิภาพการกระจายความร้อนจะลดลง และต้องมีการแก้ไขเพิ่มเติม สำหรับตัวนำ 4-6 ตัว ค่าปัจจัยที่สอดคล้องกันคือ 0.80 สำหรับตัวนำ 7-9 ตัว 0.70 เป็นต้น
โหลดต่อเนื่อง:NEC ต้องการอัตรากำไรขั้นต้น 125% สำหรับการโหลดอย่างต่อเนื่อง ดังนั้น ความจุของเบรกเกอร์ควรมีอย่างน้อย 125% ของโหลดจริง และควรปรับความขยายที่อนุญาตของตัวนำให้สอดคล้องกัน
5. ขั้นตอนการคำนวณโดยละเอียด
1.ตรวจสอบความทึบพื้นฐาน (I_table)
ตัวอย่างเช่น: ทองแดง AWG 6 ก้อน THHN มีพิกัดกระแสไฟที่ 75A ที่ 90 องศา ในขณะที่ 8 AWG มีพิกัดกระแสไฟที่ 55A
2. ใช้ปัจจัยการแก้ไขอุณหภูมิ (C_temp)
ถ้าอุณหภูมิโดยรอบคือ 40 องศา ตัวประกอบการแก้ไขสำหรับ 90 องศา - ที่พิกัด THHN จะอยู่ที่ประมาณ 0.91
3. ใช้ปัจจัยการแก้ไข Bundling (C_group)
ถ้าตัวนำสี่ตัวถูกจัดเรียงในท่อ ให้ใช้ค่าแก้ไขที่ 0.80
4. คำนวณความทึบที่อนุญาตตามจริง
ใช้ 8 AWG เป็นตัวอย่าง:
I_actual=55A × 0.91 × 0.70 anta 35A.
หากโหลดเป็น 39A แสดงว่าไม่เพียงพอและจำเป็นต้องอัปเกรดเป็น Thhn 6 AWG กระแสไฟที่คำนวณได้คือ 48A ซึ่งยอมรับได้
5. การจัดการโหลดอย่างต่อเนื่อง
สำหรับการโหลดต่อเนื่อง ( มากกว่าหรือเท่ากับ 3 ชั่วโมง) ให้คูณโหลดด้วย 1.25 แล้วคำนวณความแตกต่าง การเปรียบเทียบ I_actual ช่วยให้มั่นใจว่าเป็นไปตามข้อกำหนดการออกแบบด้านความปลอดภัย
6. การเปรียบเทียบคะแนนอุณหภูมิเทอร์มินัล
แม้ว่าตัวนำจะอนุญาตให้มีข้อมูล 90 องศา แต่ข้อจำกัดของขั้วต่ออาจจำกัดไว้ที่ 75 องศา หรือ 60 องศา ในที่สุด ขึ้นอยู่กับพิกัดอุณหภูมิของขั้วต่ออุปกรณ์เฉพาะ
6. การสาธิตกรณีศึกษา
กรณีที่ 1: ตัวนำเดี่ยวในสภาพแวดล้อม 40 องศา
ตัวนำ: 6 AWG ทองแดง THHN
การอ้างอิงตาราง:ฐานความจุปัจจุบัน: 75A
การแก้ไขอุณหภูมิ: 0.91 → 75 × 0.91 = 68.25A
การแก้ไขการรวมกลุ่ม:ตัวนำเดี่ยว ไม่มีการลดพิกัด → 68.25A
การพิจารณาโหลดต่อเนื่อง:หากโหลดเป็น 60A กระแสไฟฟ้าที่ต้องการคือ: 60 × 1.25=75A → 68.25A ยังไม่เพียงพอ ดังนั้นจึงแนะนำให้อัปเกรดข้อมูลจำเพาะ
กรณีที่ 2: ตัวนำสี่ตัวในท่อ
ตัวนำ:ทองแดง AWG 8 THHN
ความสามารถในการรองรับกระแสไฟพื้นฐาน: 55A
Tการแก้ไขอุณหภูมิ: 0.91 → 55 × 0.91 ≈ 50A
การแก้ไขการรวมกลุ่ม (ตัวนำ 4 ตัว): 0.80 → 50 × 0.80 = 40A
โหลดต่อเนื่อง:สมมติว่าโหลด 30A → 30 × 1.25=37.5A < 40A → ยอมรับได้