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Mar 27, 2023

Was die meisten Techniker bei der Drahtdimensionierung falsch machen

TRÄGERTAG: Ein Datenschild, das einen Leistungsschalter mit maximal 50 Ampere und mindestens 31,4 Ampere zeigt

TRÄGERTAG:Ein Datenschild, das einen Leistungsschalter mit maximal 50 Ampere und einer Mindeststrombelastbarkeit von 31,4 zeigt, der immer noch einen Stromkreis Nr. 10 mit einem Kabel und einer Abschlussbelastbarkeit von 75 °C ermöglicht.

KONTAKTOR:Ein Datenschild des Schützes, das die Anschlussleistung für 75 °C bei ordnungsgemäßem Drehmoment anzeigt.

SCHALTTAFEL:Oben ist eine ordnungsgemäß gekennzeichnete Außenschalttafel abgebildet.

DRAHTSCHÜTZ:Ein Kabel und ein Schütz mit der Nenntemperatur von 90 °C auf dem Kabel und der Nenntemperatur von 75 °C auf dem Schütz (bei ordnungsgemäßem Drehmoment).

NEIN. 10 AUF EINEM 50-A-SCHALTER:Das Datenetikett und die Verkabelung der Klimaanlage in Orrs Haus, einschließlich eines Kabels Nr. 10 an einem 50-Ampere-Schutzschalter.

LENNOX-TAG:Ein Datenetikett, das einen Leistungsschalter mit maximal 50 Ampere und einer Mindeststrombelastbarkeit von 28,6 Ampere zeigt.

Mein erster Job in diesem Handwerk war ein Elektrikerlehrling, bei dem ich Aufgaben wie das Ziehen von Drähten, den Bau von Beleuchtungskörpern und das Verschieben von Gerüsten bei der Renovierung von Lebensmittelgeschäften erledigte. Ich bin in die HVACR-Branche gewechselt und arbeite jetzt als HVACR-Auftragnehmer, Ausbilder und Elektriker.

Da wir in einer Familie aufwuchsen, die von Elektrikern umgeben war, diskutierten wir im Haus ständig über Vorschriften und Theorien. Vieles von dem, was ich weiß, habe ich aus zweiter Hand von meinem Vater, aber auch von Mike Holt, einem bekannten Elektroautor und Dozenten, den ich jetzt als Freund bezeichnen darf.

Ich habe immer wieder gehört, wie HVACR-Techniker und Elektriker Faustregeln für die Dimensionierung von Kabeln zitiert haben, und ich habe viele hitzige Debatten zu diesem Thema miterlebt und daran teilgenommen.

Bevor wir uns zu sehr mit dem Thema der Kabeldimensionierung befassen, möchten wir anerkennen, dass die detaillierte Dimensionierung von Leitern zwar die Aufgabe von Ingenieuren und Elektrikern (nicht von HVACR-Technikern) ist, es jedoch viele Fälle gibt, in denen Auftragnehmer damit beauftragt sind, zu beurteilen, ob ein Leistungsschalter oder ein Leiter (Draht) vorhanden ist. ist sowohl im Nachrüst- als auch im Servicefall ausreichend.

Bei Serviceeinsätzen kann die Identifizierung unterdimensionierter Leiter dabei helfen, Probleme beim Starten des Kompressors oder zeitweiliges Auslösen von Leistungsschaltern oder Sicherungen zu beheben. Wenn Sie die richtigen und unpassenden Leistungsschalter- und Leitergrößen kennen, sparen Sie und Ihre Kunden Zeit und Geld.

Ich schlage sicherlich nicht vor, dass HVACR-Techniker Arbeiten außerhalb ihrer Fähigkeiten oder Lizenzen ausführen, aber in vielen Fällen sind die Erkennung des Problems und die Durchführung der Reparatur zwei verschiedene Dinge.

Viele Techniker wiederholen diese Faustregeln und verlassen sich unter allen Umständen auf sie:

„Zwölf-Gauge-Draht ist gut für 20 Ampere, 10-Gauge-Draht ist gut für 30 Ampere, 8-Gauge-Draht ist gut für 40 Ampere und 6-Gauge-Draht ist gut für 55 Ampere“ und „Der Schutzschalter oder die Sicherung ist immer vorhanden.“ dimensioniert, um den Leiter [Draht] zu schützen.“

Diese Faustregeln beziehen sich auf die Stromstärke oder „Strombelastbarkeit“ des Leiters (Drahts) und sind oft richtig. Manchmal verleiten diese allgemeinen Regeln Techniker zu der Annahme, dass Sie ein 6-Gauge-Kabel und einen 50-Ampere-Schutzschalter verwenden müssen, wenn ein Gerät für einen maximalen Überstromschutz (MOCP) mit 50-Ampere-Leistungsschalter/-Sicherung ausgelegt ist.

Laut National Electrical Code (NEC) NFPA 70 ist das aus mehreren Gründen nicht so einfach. Hier sind einige zusätzliche Faktoren, die berücksichtigt werden müssen:

Wenn wir eine Faustregel verwenden, übersehen wir zwei Hauptbereiche in Bezug auf den Dirigenten.

Besteht der Leiter aus Aluminium oder Kupfer und beträgt der Isolationswert 60 °C (140 °F) oder mehr?

Aluminiumdraht hat eine geringere Strombelastbarkeit als Kupferdraht gleicher Stärke, was bedeutet, dass Aluminium größer sein muss, um die gleiche Strombelastbarkeit wie Kupferdraht zu erreichen. Die Faustregel für die Größe basiert auf der niedrigsten zulässigen Temperaturbewertung des Kabels. In einigen Fällen kann der Stromkreis eine höhere Strombelastbarkeit aufweisen, wenn die Isolierung des Kabels und der Anschlussendpunkte alle für 75 °C (167 °F) oder 90 °C (194 °F) ausgelegt sind.

Alle diese Nennwerte sind in NEC (NFPA 70) Tabelle 310.15(B)(16) im Detail zu finden, aber als Beispiel gilt laut dieser NEC-Tabelle ein 6-Gauge-Kupferkreis mit einer Nenntemperatur von 90 °C (194 °F). ) hat eine Strombelastbarkeit von 75 Ampere, während ein 6-Gauge-Aluminiumleiter mit einer Nenntemperatur von 60 °C (140 °F) eine Strombelastbarkeit von 40 Ampere hat. Natürlich gibt es darüber hinaus noch andere Überlegungen, aber es ist klar, dass die Faustregeln, die wir oft anwenden, uns in Schwierigkeiten bringen können, wenn wir nicht wissen, dass es Ausnahmen gibt und was diese Ausnahmen sind.

Beachten Sie, dass für einen Stromkreis mit einer Nenntemperatur von über 60 °C (140 °F) sowohl das Kabel als auch der Leistungsschalter, die Trennklemmen und die Anschlussklemmen im Gerät für eine Temperatur ausgelegt sein müssen, die dieser Temperatur entspricht oder darüber liegt welche Bewertung verwendet wird. Wenn ein Teil des Stromkreises nichtmetallische (NM) Kabel verwendet – oft bekannt unter dem Handelsnamen Romex® – muss er gemäß Artikel 334.80 des NEC für 60 °C (140 °F) ausgelegt sein.

Bei der Klimatisierung erhalten wir von Geräteherstellern ein Geschenk auf den Datenetiketten der Geräte: die minimale Strombelastbarkeit (MCA) und MOCP oder die maximale Sicherungs-/maximale Nennleistung des Leistungsschalters.

Diese Nennwerte auf dem Datenschild sagen uns genau, welcher Mindeststrombelastbarkeit der Stromkreis standhalten muss und wie groß der Leistungsschalter oder die Sicherung maximal sein kann, um den Stromkreis bei Überstrom zu schützen.

Schauen Sie sich das Etikett der Lennox-Klima-Kondensatoreinheit auf Seite 19 an. Beachten Sie, dass der MCA 28,6 Ampere beträgt und die maximale Sicherung oder der Leistungsschalter 50 Ampere beträgt. Dies bedeutet, dass die Installation dieses Geräts an einem Leistungsschalter mit einer Nennleistung von 50 Ampere und einem Leiter mit einer Nennleistung von 28,6 Ampere gemäß NFPA 70 des NEC zulässig ist.

Ich weiß, dass dies im Widerspruch zu dem steht, was vielen von Ihnen im Laufe ihrer gesamten Karriere gesagt und verstanden wurde, aber atmen Sie tief durch und lesen Sie weiter.

NEC-Artikel 440 wurde hinzugefügt, da sich Klimaanlagen und Kühlsysteme von typischen Lasten wie Lichtern und Heizungen unterscheiden. Klimakompressor- und Lüftermotoren sind größtenteils induktive (magnetische) Lasten und haben andere Eigenschaften als rein ohmsche Schaltkreise. Artikel 440 enthält spezifische Richtlinien für Hersteller von HVAC- und Kühlgeräten, die sie beim Schreiben der Gerätedatenetiketten sowie für Elektriker bei der Dimensionierung von Leitern befolgen müssen.

Da gibt es viel, aber hier sind zwei Highlights, die direkt auf Sie als HVACR-Experte zutreffen. Dies stammt aus der Ausgabe 2017 des NEC NFPA 70.

440.32 Einzelmotor-Kompressor – Abzweigleiter, die einen Einzelmotor-Kompressor versorgen, müssen eine Strombelastbarkeit von mindestens 125 Prozent des Nennlaststroms des Motorkompressors oder des Auswahlstroms des Abzweigkreises haben, je nachdem, welcher Wert größer ist.

Und die maximale Leistungsschaltergröße (MOCP) wird durch den folgenden Artikel aus dem NEC 2017 vorgegeben.

440.22 Anwendung und Auswahl (A) Bemessung oder Einstellung für einzelne Motorkompressoren – Die Kurzschluss- und Erdschlussschutzvorrichtung im Zweigstromkreis des Motorkompressors muss in der Lage sein, den Anlaufstrom des Motors zu tragen. Eine Schutzvorrichtung mit einer Nennleistung oder Einstellung von höchstens 175 Prozent des Nennlaststroms oder des Zweigstromkreisauswahlstroms des Motorkompressors, je nachdem, welcher Wert größer ist, ist zulässig, vorausgesetzt, dass der angegebene Schutz für den Anlaufstrom von nicht ausreicht Für den Motor darf der Nennwert oder die Einstellung erhöht werden, darf jedoch 225 Prozent des Motornennlaststroms oder des Zweigstromkreisauswahlstroms nicht überschreiten, je nachdem, welcher Wert größer ist.

Dieser Zuschlag von 225 Prozent der Motorlast/des Abzweigstromkreises für die Leistungsschalterdimensionierung soll einen Motorstart ohne Fehlauslösungen ermöglichen und gleichzeitig den Stromkreis vor Kurzschlussbedingungen schützen.

Wenn Sie zögern, diese Berechnung für jedes System durchzuführen, an dem Sie arbeiten, heißt es im NEC-Artikel 110.3(B): Gelistete oder gekennzeichnete Geräte müssen gemäß den in der Auflistung oder Kennzeichnung enthaltenen Anweisungen installiert und verwendet werden.

Für jedes Gerät, das MOCP und MCA auflistet, erhalten Sie die Größe des Leistungsschalters und die Mindeststrombelastbarkeit der Leitungen. Wie oben ist der MOCP normalerweise deutlich höher als der MCA, dies dient jedoch dazu, den Anstieg der Stromaufnahme beim Motorstart zu berücksichtigen.

Viele werden sich fragen, was den Stromkreis bei Überlastung zwischen den Nennwerten MCA und MOCP schützt? Unter diesen Überlastbedingungen dienen die Überlastschutzvorrichtungen an den Motoren selbst dazu, den Stromkreis zu schützen. Wenn der Überlastschutz am Kompressor- oder Lüftermotor ausfällt, haben die Wicklungen in den Motoren eine weitaus geringere Strombelastbarkeit als der Abzweigstromkreis und werden unterbrochen oder kurzgeschlossen, bevor der Abzweigleiter ausfällt. Im Falle eines erheblichen Erdschlusskurzschlusses schützt der Überstromschutz (Leistungsschalter oder Sicherung) den Stromkreis weiterhin.

In einigen Fällen haben Auftragnehmer angegeben, dass bestimmte Kommunen verlangen, dass die Größe der Leiter auf der Grundlage der Leistungsschaltergröße und nicht auf der MCA-Größe basiert. Dies ist nicht ungewöhnlich, aber es handelt sich meist um ein respektvolles Gespräch über die oben genannten NEC-Artikel. Die „zuständige Behörde“ oder AHJ ist für die Auslegung des Kodex verantwortlich und kann jeden Standard festlegen, den sie für richtig hält. Während bestimmte lokale Gesetze den NEC durch zusätzliche Vorschriften ersetzen können, ist der NEC ein landesweit anerkannter Standard in den gesamten USA. Es kommt selten vor, dass eine Baubehörde ganze Artikel des NEC ignoriert, wenn sie auf respektvolle Weise darauf aufmerksam gemacht wird.

Der Schlüssel besteht darin, sich auf NEC NFPA 70 Tabelle 310.15(B)(16) zu beziehen, um die Strombelastbarkeit eines Leiters zu ermitteln und diesen Leiter gemäß dem auf dem Geräteetikett aufgeführten MCA zu dimensionieren. Wenn dies erledigt ist, hat der Leiter die richtige Größe gemäß NEC.

Obwohl kein Standard perfekt ist, habe ich herausgefunden, dass die Kenntnis des NEC und ein sorgfältiger Blick auf die Herstellerlisten und -etiketten Ihnen Zeit und Ihren Kunden Geld sparen und zur Sicherheit aller beitragen können.

Bryan Orr ist Vizepräsident bei Kalos Services Inc. und Gründer der HVAC School.