مقدمة
يعد اختيار الكابل الكهربائي المناسب للمحركات من أهم الجوانب في التصميم الكهربائي، حيث يؤثر مباشرة على كفاءة النظام وسلامته. ينظم الكود الكهربائي الوطني (NEC) في الولايات المتحدة والمعايير الدولية الأخرى عملية اختيار مقاس الكابل للمحركات الكهربائية بناءً على معايير دقيقة. تهدف هذه المقالة إلى شرح متطلبات NEC بشكل مفصل لتحديد المقاس المناسب لكابلات التغذية الكهربائية للمحركات.
الأساسيات في اختيار كابلات المحركات
تيار المحرك الكامل (Full-Load Current – FLC)
يبدأ تحديد مقاس الكابل من خلال معرفة تيار المحرك الكامل (FLC)، وهو التيار الذي يسحبه المحرك عند التحميل الكامل والجهد المقنن. توفر الجداول في NEC (خصوصًا في الجدول 430.247 للتيار المستمر، والجدول 430.248 للمحركات أحادية الطور، والجدول 430.250 للمحركات ثلاثية الطور) قيم FLC القياسية للمحركات بناءً على قدرتها الحصانية والجهد.
تيار الحمل (Load Current) وتيار التوصيل (Termination Current)
يحدد NEC أن سعة تحمل الكابل يجب أن تكون على الأقل 125% من تيار المحرك الكامل (FLC) للمحركات ذات الخدمة المستمرة. هذا بسبب أن المحركات قد تعمل بتيارات أعلى من القيمة المقننة أثناء ظروف التشغيل المختلفة.
العوامل المؤثرة في اختيار مقاس الكابل
1. تصحيح درجة الحرارة (Temperature Correction)
تقل سعة تحمل الكابل للتيار في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة. يوفر NEC في الجدول 310.15(B)(1) عوامل تصحيح تطبق على سعة تحمل التيار عندما تختلف درجة الحرارة المحيطة عن 30°C (86°F).
2. تصحيح التجميع (Bundle Correction)
عندما يتم تركيب عدة كابلات معًا في مسار واحد، تقل قدرتها على تبديد الحرارة، مما يستدعي تطبيق عوامل تصحيح من الجدول 310.15(C)(1) في NEC.
3. هبوط الجهد (Voltage Drop)
على الرغم من أن NEC لا يفرض حدودًا محددة لهبوط الجهد، إلا أنه يوصي بألا يتجاوز الهبوط في الجهد 3% للدوائر الفرعية و5% للدوائر الرئيسية لضمان كفاءة أداء المحرك.
4. تيار القصر (Short-Circuit Current)
يجب أن يتحمل الكابل تيار القصر المتوقع في النظام، ويحدد NEC متطلبات الحماية المناسبة ضد تيارات القصر.
الخطوات العملية لتحديد مقاس الكابل وفقًا لـ NEC
الخطوة 1: تحديد تيار المحرك الكامل (FLC):
استخدم الجداول المناسبة في NEC (430.247, 430.248, 430.250) للعثور على قيمة FLC بناءً على قدرة المحرك بالحصان والجهد.
الخطوة 2: حساب الحد الأدنى لسعة التيار
اضرب قيمة FLC في 125% للحصول على أدنى سعة تيار مطلوبة للكابل.
الخطوة 3: تطبيق عوامل التصحيح
طبق عوامل التصحيح لدرجة الحرارة والتجميع على سعة تحمل التيار الأساسية للكابل.
الخطوة 4: اختيار مقاس الكابل
اختر مقاس الكابل من الجدول 310.15(B)(16) بحيث تكون سعة تحمله للتيار بعد التصحيح أكبر من أو تساوي القيمة المحسوبة في الخطوة 2.
الخطوة 5: التحقق من هبوط الجهد
احسب هبوط الجهد المتوقع للتأكد من أنه ضمن الحدود المقبولة (3% للدوائر الفرعية).
الخطوة 6: تحديد تصنيف الحماية
اختر قواطع الدورة أو المصهرات المناسبة بناءً على قيم التيار المقننة.
مثال تطبيقي
لنفترض محركًا ثلاثي الطور بقدرة 50 حصانًا يعمل بجهد 480 فولت:
- من الجدول 430.250: FLC = 65 أمبير
- أدنى سعة تيار مطلوبة: 65 × 1.25 = 81.25 أمبير
- بافتراض درجة حرارة محيطة 40°C وعامل تصحيح 0.88: 81.25 / 0.88 ≈ 92.33 أمبير
- من الجدول 310.15(B)(16): الكابل مقاس 3 AWG (نحاس) بسعة 100 أمبير عند 75°C يلغي المتطلبات
- التحقق من هبوط الجهد لمسافة 150 قدمًا: يجب أن يكون أقل من 3%
الخلاصة
يقدم الكود الكهربائي الوطني إطارًا شاملاً وآمنًا لاختيار مقاس الكابل المناسب للمحركات الكهربائية. من خلال فهم متطلبات NEC وتطبيقها بدقة، يمكن للمهندسين والفنيين ضمان تشغيل آمن وكفء للمحركات مع الامتثال للمعايير القانونية. يجب دائمًا مراعاة جميع العوامل including درجة الحرارة وطرق التثبيت وهبوط الجهد لضمان اختيار مقاس الكابل.
