Na tej stronie
Procentowe wypełnienie rury instalacyjnej to całkowite pole przekroju poprzecznego przewodów i kabli wewnątrz kanału instalacyjnego podzielone przez wewnętrzne pole przekroju poprzecznego tego kanału, pomnożone przez 100. Zgodnie z powszechnymi wytycznymi rozdziału 9 National Electrical Code (NEC), standardowe maksymalne wypełnienie wynosi 53% dla jednego przewodu lub kabla, 31% dla dwóch oraz 40% dla więcej niż dwóch. W przypadku złączek rurowych lub króćców o długości nieprzekraczającej 24 cali można zastosować limit 60%. Zawsze należy zweryfikować wydanie NEC przyjęte przez właściwy organ nadzorczy (AHJ) oraz uwagi mające zastosowanie do danej instalacji.
Sam obliczenie jest proste. Większość błędów wynika z wyboru niewłaściwego pola powierzchni: użycia pola przekroju miedzi zamiast pola przekroju przewodu z izolacją, użycia nominalnego rozmiaru handlowego rury jako jej średnicy wewnętrznej lub użycia ogólnej średnicy kabla zamiast dokładnej średnicy zewnętrznej (OD) podanej przez producenta.
Wzór na wypełnienie rury instalacyjnej
Dla okrągłego kabla lub przewodu o średnicy zewnętrznej d:
A = π × d² ÷ 4Dla kilku grup przewodów lub kabli:
A_total = Σ(n × A_item)Procentowy stopień wypełnienia rury instalacyjnej wynosi:
Wypełnienie % = A_całkowite ÷ A_rury × 100Gdzie:
| Symbol | Znaczenie | Użycie |
|---|---|---|
d |
Gotowa średnica zewnętrzna | Stosować dla okrągłego gotowego przewodu, gdy producent podaje średnicę zewnętrzną (OD) |
A_elementu |
Pole przekroju jednego przewodu lub kabla | Należy użyć odpowiedniej tabeli normatywnej lub obliczyć na podstawie zweryfikowanej średnicy zewnętrznej (OD) |
n |
Ilość danego przewodu lub kabla | Policz każdy element, który fizycznie zajmuje koryto kablowe |
A_total |
Suma wszystkich zajętych powierzchni | Dodaj każdy przewód i grupę kabli |
A_conduit |
Całkowita powierzchnia wewnętrzna koryta kablowego | Użyj wartości dla dokładnego typu koryta kablowego i rozmiaru handlowego |
Zachowaj wszystkie wymiary w tej samej jednostce. Jeśli średnica jest w calach, wynikowa powierzchnia jest w calach kwadratowych. Jeśli średnica jest w milimetrach, powierzchnia jest w milimetrach kwadratowych. Ponieważ stopień wypełnienia jest stosunkiem, oba systemy jednostek działają, jeśli są stosowane konsekwentnie.
Limity wypełnienia kanałów instalacyjnych według NEC
Tabela 1 w rozdziale 9 NEC określa znane limity procentowe stosowane w Stanach Zjednoczonych. Odnoszą się one do wewnętrznego pola przekroju poprzecznego kanału, a nie do jego nominalnego rozmiaru handlowego.
| Zawartość lub stan kanału instalacyjnego | Odniesienie do maksymalnego wypełnienia |
|---|---|
| Jeden przewód lub kabel | 53% |
| Dwa przewody lub kable | 31% |
| Więcej niż dwa przewody lub kable | 40% |
| Krótki odcinek rury (nipple) o długości nieprzekraczającej 24 in | 60% |
Poniższe wartości nie stanowią uniwersalnych zasad międzynarodowych. W przypadku projektów realizowanych poza zakresem NEC należy stosować odpowiednie krajowe przepisy dotyczące instalacji elektrycznych, specyfikację projektu oraz wymogi lokalnych organów nadzorczych. Nawet w projektach opartych na NEC należy sprawdzić wszystkie stosowne uwagi do Rozdziału 9 oraz artykuł regulujący wybrany typ kanału kablowego.
Kabel wielożyłowy, kabel światłowodowy lub przewód giętki jest zazwyczaj traktowany jako jeden przewód dla celów obliczania stopnia wypełnienia. W przypadku kabla o przekroju eliptycznym należy zastosować metodę obliczania powierzchni określoną w przepisach, opartą na jego większym wymiarze, zamiast przyjmować, że mniejszy wymiar jest średnicą kabla. Zespół pojedynczych przewodów izolowanych bez wspólnej powłoki nie jest automatycznie traktowany jako jeden kabel; należy obliczyć poszczególne przewody zgodnie z przyjętymi zasadami.
Wybierz właściwy obszar przed przystąpieniem do obliczeń
Poniższa mapa wejściowa pozwala uniknąć trzech najczęstszych błędów obliczeniowych.
| Instalowany element | Źródło prawidłowego obszaru | Nie stosować zamienników |
|---|---|---|
| Pojedynczy izolowany przewód instalacyjny, taki jak THHN/THWN-2 | Tabela dopuszczalnych przekrojów przewodów izolowanych dla przyjętej edycji przepisów oraz konstrukcji przewodu | Przekrój miedzi nieizolowanej określony w AWG lub mm² |
| Przewód okrągły wielożyłowy, sterowniczy, transmisyjny, koncentryczny lub światłowodowy | Średnica zewnętrzna gotowego przewodu wg producenta, przeliczona na pole przekroju | Rozmiar przewodu, średnia katalogowa lub rozmiar złącza |
| Przewód eliptyczny lub płaski | Metoda wymagana przez odpowiednie przepisy, zazwyczaj wykorzystująca wymiar główny jako efektywną średnicę kołową | Tylko średnica mniejsza |
| EMT, RMC/GRC, PVC lub inna rura instalacyjna | Wyszczególniona powierzchnia wewnętrzna dla danej rodziny rur instalacyjnych i rozmiaru handlowego | Nominalny rozmiar handlowy traktowany jako średnica wewnętrzna |
Pojedyncze przewody: Użyj wyszczególnionej powierzchni izolacji
Oznaczenie AWG lub mm² opisuje rozmiar przewodu; nie obejmuje ono grubości zainstalowanej izolacji. Dwa przewody o tej samej powierzchni miedzi mogą zajmować różne powierzchnie w rurze instalacyjnej, ponieważ różnią się typami izolacji lub konstrukcją. W przypadku obliczeń według NEC należy użyć odpowiedniej wartości z Tabeli 5 Rozdziału 9 lub innej tabeli wymaganej dla danej konstrukcji przewodu.
Załącznik C może przyspieszyć obliczenia, gdy wszystkie przewody mają ten sam rozmiar i typ. W przypadku mieszanych rozmiarów przewodów lub typów izolacji należy zastosować podstawową metodę powierzchni z Rozdziału 9, zamiast wybierać niepowiązaną tabelę dla tego samego rozmiaru.
Gotowe kable: Wymiary zewnętrzne (OD) kontrolowane przez producenta
W przypadku gotowego przewodu należy uzyskać nominalną lub maksymalną średnicę zewnętrzną (OD) z dokładnej karty katalogowej produktu. Powłoka, ekrany, wypełniacze, pancerz, warstwa podkładowa oraz tolerancja produkcyjna określają przestrzeń zajmowaną przez przewód. Należy dokonać pomiaru przewodu, gdy wymagają tego wytyczne instalacyjne lub gdy rzeczywisty produkt może istotnie różnić się od wartości przyjętej w planowaniu.
The Kalkulator wypełnienia rur instalacyjnych VIOX zawiera typowe ustawienia wstępne średnic zewnętrznych przewodów do planowania wstępnego i umożliwia wprowadzanie własnych wartości OD. Dane producenta dla wybranego przewodu zawsze mają pierwszeństwo przed ogólnymi ustawieniami wstępnymi.
Rozmiar kanału instalacyjnego: Należy używać powierzchni wewnętrznej, a nie oznaczenia rozmiaru handlowego
Rura instalacyjna 1-calowa nie ma średnicy wewnętrznej wynoszącej 1,000 cala. Wymiary wewnętrzne różnią się w zależności od typu: rury cienkościenne (EMT), sztywne rury metalowe (RMC/GRC), rury PVC Schedule 40, PVC Schedule 80 oraz inne kanały instalacyjne. Należy użyć wpisu w tabeli dla konkretnej rodziny kanałów instalacyjnych i rozmiaru handlowego.
Obliczanie wypełnienia rur instalacyjnych krok po kroku
Należy zastosować tę procedurę dla instalacji z przewodami o tym samym rozmiarze, różnych rozmiarach lub dla gotowych przewodów:
- Zidentyfikuj obowiązujące zasady. Zanotuj jurysdykcję, przyjętą edycję przepisów, artykuł dotyczący kanałów kablowych oraz informację, czy trasa kwalifikuje się do jakichkolwiek warunków specjalnych, takich jak zasada krótkiego odcinka (nipple rule).
- Wymień wszystko, co znajduje się w kanale kablowym. Zanotuj typ każdego przewodu lub kabla, rodzaj izolacji lub konstrukcję, ilość oraz źródło wymiarów.
- Uzyskaj powierzchnię zajmowaną przez każdy element. Użyj odpowiedniej tabeli przewodów lub oblicz powierzchnię przekroju kabla okrągłego na podstawie zweryfikowanej średnicy zewnętrznej (OD).
- Pomnóż powierzchnię przez ilość. Wykonaj to oddzielnie dla każdej grupy.
- Zsumuj wszystkie grupy. Wynik to
A_total. - Uzyskaj pole przekroju wewnętrznego kanału instalacyjnego. Użyj dokładnego typu i rozmiaru handlowego.
- Oblicz procentowy stopień wypełnienia. Podziel
A_totalprzezA_conduit, a następnie pomnóż przez 100. - Zastosuj właściwy limit. Porównaj z 53%, 31%, 40%, 60% lub innym limitem wymaganym przez obowiązujące przepisy.
- W razie potrzeby zwiększ rozmiar kanału kablowego. Powtórz obliczenia, używając pola przekroju wewnętrznego kolejnego kandydata. Nie zaokrąglaj w dół wyniku, który nie spełnia wymagań.
- Przeprowadź oddzielne kontrole inżynieryjne. Potwierdź korektę obciążalności prądowej, promień gięcia, siłę naciągu, nacisk na ścianki boczne, ryzyko zakleszczenia kabla, separację, uziemienie oraz szczegóły instalacji.
Przykład obliczeniowy 1: Dziewięć przewodów o tym samym przekroju
Przyjmij obliczenia zgodnie z NEC dla dziewięciu przewodów 12 AWG THHN w rurze EMT 3/4 cala. W tym przykładzie przyjęto następujące wartości tabelaryczne:
- pole przekroju jednego przewodu 12 AWG THHN:
0,0133 in²; - całkowita powierzchnia wewnętrzna rury EMT 3/4 cala:
0,533 in²; - obowiązujący limit dla więcej niż dwóch przewodów:
40%.
Krok 1: Oblicz całkowitą powierzchnię przewodów
A_total = 9 × 0,0133 = 0,1197 in²Krok 2: Oblicz procentowy stopień wypełnienia
Wypełnienie % = 0,1197 ÷ 0,533 × 100 = 22,5%Krok 3: Porównaj z limitem
Maksymalna dopuszczalna powierzchnia przy 40% wynosi:
A_allowed = 0,533 × 0,40 = 0,2132 in²Ponieważ 0,1197 in² jest poniżej 0,2132 in², a 22,5% jest poniżej 40%, kombinacja spełnia wymagania obliczeń stopnia wypełnienia kanału.
Ten wynik nie kończy procesu doboru przewodów. Liczba przewodów obciążonych prądowo może wymusić korektę obciążalności prądowej, a liczba ta jest określana na podstawie innych zasad niż elementy fizyczne uwzględniane przy obliczaniu stopnia wypełnienia kanału instalacyjnego.
Przykład obliczeniowy 2: Jeden przewód wielożyłowy z uwzględnieniem rzeczywistej średnicy zewnętrznej (OD)
Przyjmijmy jeden okrągły przewód wielożyłowy o średnicy zewnętrznej (OD) podanej przez producenta wynoszącej 0,750 cala zainstalowany w rurze EMT 1-1/4 cala. Przyjmij średnicę wewnętrzną rury EMT wynoszącą 1,380 cala dla tego przejrzystego przykładu geometrycznego.
Krok 1: Oblicz pole powierzchni przewodu
A_cable = π × 0,750² ÷ 4 = 0,4418 cala²Krok 2: Oblicz pole przekroju kanału kablowego
A_conduit = π × 1.380² ÷ 4 = 1.4957 in²Krok 3: Oblicz procentowy stopień wypełnienia
Wypełnienie % = 0.4418 ÷ 1.4957 × 100 = 29.5%Jeden przewód wielożyłowy jest traktowany jako jeden kabel na potrzeby tego porównania procentowego, więc limit odniesienia wynosi 53%. Przy 29,5% kombinacja przechodzi kontrolę wypełnienia pola przekroju.
Przed zaakceptowaniem instalacji należy potwierdzić, że średnica zewnętrzna (OD) podana przez producenta dotyczy dokładnej konstrukcji kabla oraz że wymiary kanału kablowego są zgodne z obowiązującą tabelą. Należy również zweryfikować minimalny promień gięcia i dopuszczalne siły naciągu; duży kabel może spełniać wymogi dotyczące wypełnienia, a mimo to być trudny lub nieodpowiedni do zainstalowania na trasie z wieloma zakrętami.
Przykład obliczeniowy 3: Mieszane średnice zewnętrzne (OD) kabli a kolejny odpowiedni kanał kablowy
Przyjmijmy, że trasa kablowa niskiego napięcia zawiera:
- osiem kabli Cat6, każdy o
0,236 calaśrednicy zewnętrznej; - dwa kable koncentryczne RG6, każdy o
0,275 calaśrednicy zewnętrznej.
Podane średnice zewnętrzne są danymi wejściowymi do przykładu. W przypadku projektu należy użyć rzeczywistych wymiarów wybranych producentów.
Krok 1: Oblicz pole powierzchni każdej grupy
Jeden przewód Cat6:
A_Cat6 = π × 0.236² ÷ 4 = 0.0437 in²Osiem przewodów Cat6:
8 × 0.0437 = 0.3499 in²Jeden przewód RG6:
A_RG6 = π × 0.275² ÷ 4 = 0.0594 in²Dwa przewody RG6:
2 × 0.0594 = 0.1188 in²Całkowita zajęta powierzchnia:
A_total = 0.3499 + 0.1188 = 0.4687 in²Krok 2: Sprawdzenie rury EMT 1 cal
Przyjmując powierzchnię wewnętrzną wynoszącą około 0.8643 in²:
Wypełnienie % = 0.4687 ÷ 0.8643 × 100 = 54.21%Dziesięć przewodów wymaga zastosowania limitu odniesienia dla więcej niż dwóch przewodów wynoszącego 40%, więc rura EMT 1 cal nie spełnia wymagań.
Krok 3: Sprawdzenie rury EMT 1-1/4 cala
Przyjmując powierzchnię wewnętrzną wynoszącą około 1,4957 cala²:
Wypełnienie % = 0,4687 ÷ 1,4957 × 100 = 31,31%Rura EMT 1-1/4 cala przechodzi kontrolę wypełnienia powierzchni na poziomie 40%. Zapewnia ona również większy margines na przeciąganie przewodów i przyszłą rozbudowę niż kanał dobrany dokładnie na poziomie maksimum.
Ten przykład dotyczy wyłącznie powierzchni fizycznej. Należy potwierdzić dopuszczalne kombinacje przewodów, wymagania dotyczące separacji, zabezpieczenia przeciwpożarowe, podparcie, promień gięcia oraz wszelkie zasady dotyczące systemów komunikacyjnych mające zastosowanie do danej instalacji.
Sprawdź wynik za pomocą kalkulatora wypełnienia kanałów VIOX
Użyj kalkulatora, aby porównać EMT, RMC/GRC, PVC Schedule 40 oraz PVC Schedule 80, wprowadzić dwie grupy kabli lub niestandardowe średnice zewnętrzne i zidentyfikować pierwszy dopuszczalny rozmiar handlowy w wybranej rodzinie kanałów.
Kalkulator stanowi wstępną pomoc planistyczną. Przed zakupem lub instalacją należy zweryfikować jego dane wejściowe w oparciu o dokładne karty katalogowe kabli, przyjętą edycję przepisów, certyfikację kanałów oraz wymagania właściwego organu (AHJ).
Czego nie dowodzi wynik pozytywny wypełnienia kanału instalacyjnego
Wypełnienie kanału instalacyjnego odpowiada na jedno pytanie: jaka część wewnętrznego pola przekroju poprzecznego kanału jest zajęta? Nie dowodzi to, że przewody mają odpowiednią obciążalność prądową ani że kable można zainstalować bez ich uszkodzenia.
| Osobna weryfikacja | Dlaczego pozostaje to konieczne |
|---|---|
| Korekta obciążalności prądowej | Wiele przewodów obciążonych prądowo w jednym kanale instalacyjnym może wymagać korekty, nawet jeśli fizyczne wypełnienie jest poniżej limitu |
| Spadek napięcia | Obszar koryta kablowego nie wskazuje, czy rezystancja przewodu jest dopuszczalna dla danego obciążenia i długości trasy |
| Siła naciągu | Długość kabla, łuki, tarcie, metoda przeciągania oraz konstrukcja przewodu determinują naprężenia rozciągające |
| Nacisk boczny | Kabel może ulec uszkodzeniu w miejscu, gdzie siła naciągu działa na łuku |
| Ryzyko zakleszczenia kabla | Trzy lub więcej podobnych kabli może zaklinować się na łukach, nawet przy wypełnieniu poniżej maksymalnego dopuszczalnego obszaru |
| Minimalny promień gięcia | Kabel może mieścić się w korycie, ale nie być w stanie pokonać trasy bez przekroczenia dopuszczalnego promienia gięcia. |
| Separacja i zasady systemowe | Obwody zasilające, sterownicze, komunikacyjne, sygnalizacji pożarowej oraz światłowodowe mogą mieć dodatkowe wymagania dotyczące prowadzenia tras. |
| Rezerwa pojemności | Projekt wykonany zgodnie z maksymalnymi dopuszczalnymi normami może pozostawiać niewiele praktycznego miejsca na przeciąganie przewodów lub przyszłe rozbudowy. |
Wytyczne firmy Southwire dotyczące instalacji kabli definiują współczynnik zakleszczenia (jam ratio) jako średnicę wewnętrzną rury podzieloną przez średnicę zewnętrzną kabla i wskazują na typowy obszar ryzyka dla trzech podobnych kabli. Należy traktować to jako dane wejściowe do analizy przeciągania, a nie jako substytut obowiązujących przepisów, danych producenta kabla lub obliczeń siły ciągu dla konkretnej trasy.
W przypadku doboru przewodów wykraczającego poza fizyczną powierzchnię trasy, należy skorzystać z przewodnika VIOX, aby Dobór przekroju przewodów wg IEC, spadki napięcia, współczynniki korekcyjne oraz obciążalność koryt kablowych. W przypadku obliczeń strat dla długich linii, patrz przewodnik dotyczący spadków napięcia i strat liniowych. Są to odrębne zadania projektowe, których nie należy wywodzić z wyniku wypełnienia kanału instalacyjnego.
Lista kontrolna weryfikacji wypełnienia kanałów instalacyjnych
Przed zatwierdzeniem rozmiaru kanału instalacyjnego należy zweryfikować wszystkie poniższe punkty:
- jurysdykcję projektu oraz przyjętą edycję przepisów instalacyjnych;
- dokładną rodzinę kanałów instalacyjnych, rozmiar handlowy oraz powierzchnię wewnętrzną;
- rodzaj izolacji przewodu i odpowiedni zakres tabeli;
- producent gotowego kabla, numer części, konstrukcja i rzeczywista średnica zewnętrzna (OD);
- sposób traktowania zespołów wielożyłowych, eliptycznych lub wiązkowych;
- właściwy limit dla jednego, dwóch, więcej niż dwóch przewodów lub złączek redukcyjnych;
- obliczenia dla każdej grupy kabli oraz przeliczniki jednostek;
- współczynniki korekcyjne obciążalności prądowej i ograniczenia temperatury przewodów;
- liczba gięć, promień gięcia, siła naciągu, nacisk na ścianki boczne oraz ryzyko zakleszczenia;
- wymagania dotyczące separacji obwodów, uziemienia, uszczelnienia, zabezpieczeń przeciwpożarowych oraz warunków środowiskowych;
- praktyczny margines dla przeciągania przewodów oraz planowana przyszła rezerwa pojemności.
Jeśli jakiekolwiek dane wejściowe są niepewne, nie należy rozwiązywać tej niepewności poprzez zaokrąglanie w dół. Należy uzyskać dokładne dane dotyczące przewodów, kabli i tras kablowych, a następnie powtórzyć obliczenia lub użyć kalkulatora wypełnienia rur instalacyjnych VIOX w celu weryfikacji zmienionej kombinacji.
