Um Ihre Verkabelung zu schützen, gibt es Regeln für die Befüllung von Leitungen – überfüllte Leitungen fangen Wärme ein und machen ein Ziehen unmöglich. Erfahren Sie, wie der NEC Füllgrenzen festlegt, wie Sie die richtige Handelsgröße auswählen und wie Sie Strombelastbarkeitsreduzierungen berücksichtigen, wenn mehrere Schaltkreise denselben Kabelkanal nutzen.
Was ist Leitungsfüllung und warum der NEC sie einschränkt
Leitungsfüllung ist das Verhältnis der von Leitern eingenommenen Gesamtquerschnittsfläche zur verfügbaren Innenfläche der Leitung, ausgedrückt als Prozentsatz. Der NEC (Kapitel 9, Tabelle 1) begrenzt dies auf 40 % für drei oder mehr Leiter, 31 % für zwei Leiter und 53 % für einen einzelnen Leiter. Diese Grenzwerte bestehen aus zwei praktischen Gründen. Erstens wird das Ziehen von Drähten extrem schwierig – oder physikalisch unmöglich –, wenn die Leiter zu dicht gepackt sind. Die Reibungskräfte auf die Isolierung können den Mantel ablösen oder das Kupfer während der Installation beschädigen. Zweitens erzeugen Leiter unter Last Wärme, und gebündelte Drähte in einem dichten Kabelkanal können diese Wärme nicht so effektiv ableiten wie Drähte in freier Luft. Das Überschreiten der Füllgrenze stellt einen Verstoß gegen die Vorschriften dar, der dazu führen kann, dass die Inspektion fehlschlägt, die Versicherung ungültig wird und – im schlimmsten Fall – eine Brandgefahr entsteht. Die 40 %-Regel sorgt für ausreichend Hohlraum, um die Leiter kühl zu halten, und bietet Installateuren eine angemessene Zugspannung.
Lesen der NEC-Tabellen 4 und 5
Zwei NEC-Tabellen steuern jede Berechnung der Leitungsfüllung. In Tabelle 4 sind der Innendurchmesser und die Innenquerschnittsfläche für jeden Leitungstyp (EMT, IMC, RMC, PVC Sch 40, PVC Sch 80 und andere) für jede Handelsgröße aufgeführt. Da die gleiche nominale Handelsgröße je nach Leitungstyp unterschiedliche tatsächliche IDs hat, müssen Sie die richtige Tabellenspalte verwenden – 3/4" RMC hat einen kleineren ID als 3/4" EMT. Tabelle 5 listet die Querschnittsfläche einzelner Leiter nach Stärke und Isolationstyp (THHN, THWN-2, XHHW-2 usw.) auf. THHN und THWN-2 haben die gleichen Flächenwerte, was die Berechnungen für die gängigsten privaten und gewerblichen Verkabelungen vereinfacht. Um diese Tabellen zu verwenden: Schlagen Sie die Leitungsfläche in Tabelle 4 nach, multiplizieren Sie sie mit dem entsprechenden Füllprozentsatz, um die verfügbare Füllfläche zu erhalten, und summieren Sie dann die Leiterflächen aus Tabelle 5 für alle Drähte im Verlauf. Wenn die Summe kleiner als die verfügbare Fläche ist, ist die Füllung konform.
Auswahl der richtigen Handelsgröße
Die meisten Elektriker beginnen mit der Auswahl der Mindestgewerksgröße, die eine Füllung unter 40 % hält, und erhöhen dann die Größe um eine Stufe für lange Strecken oder wenn zukünftige Stromkreise erwartet werden. Bei einem Homerun mit drei #12 THHN-Leitern (gemeinsamer 15-A-Stromkreis) funktioniert 1/2" EMT bei etwa 22 % Füllung. Wenn Sie einen vierten Leiter (Masse) hinzufügen, erreicht die Füllung 30 % – immer noch konform in 1/2". Wenn der Architekt jedoch plant, später einen zweiten Stromkreis zum selben Kabelkanal hinzuzufügen, lässt er mit 3/4" EMT (10 % Füllung für vier Drähte) viel Spielraum für zukünftige Erweiterungen. Die Vergrößerung kostet nur sehr wenig Material, kann aber Hunderte von Dollar an Arbeit einsparen, wenn Sie jemals zusätzliche Stromkreise ziehen müssen, ohne das Kabelrohr auszutauschen. Als praktische Regel gilt: Konzipieren Sie bei einem Neubau nie einen Kabelkanalverlauf mit mehr als 30 % Füllung – das lässt Raum für Ergänzungen und macht zukünftige Züge viel einfacher. Der NEC erlaubt dies maximal 360° Biegungen zwischen Zugpunkten (NEC 358.26), was auch die Auswahl der Handelsgröße bei längeren oder komplexeren Läufen beeinflusst, bei denen die Zugspannung ein Problem darstellt.
Strombelastbarkeitsreduzierung für gebündelte Leiter
Die Einhaltung der Leitungsfüllungen und der Strombelastbarkeit sind zwei separate, aber verwandte Prüfungen. Wenn sich vier oder mehr stromführende Leiter eine Leitung teilen, müssen Sie gemäß NEC 310.15(C) die zulässige Strombelastbarkeit jedes Leiters reduzieren (reduzieren). Die Anpassungsfaktoren sind: 4–6 Leiter = 80 %, 7–9 = 70 %, 10–20 = 50 %, 21–30 = 45 %. Der Geräteerdungsleiter und der Neutralleiter in einem symmetrischen mehradrigen Abzweigstromkreis gelten im Allgemeinen nicht als stromführend. In der Praxis führt der Betrieb von zwei 20-A-Abzweigstromkreisen im selben 3/4-Zoll-EMT dazu, dass sechs stromführende Drähte im Kabelkanal verlegt werden (2 stromführende Leitungen + 1 Neutralleiter pro Stromkreis). Jeder Leiter muss auf 80 % herabgestuft werden, was bedeutet, dass ein THHN Nr. 12 mit einer Nennleistung von 30 A in freier Luft jetzt auf 24 A begrenzt ist – ausreichend für einen 20-A-Leistungsschalter, aber knapp. Überprüfen Sie bei der Planung von Leitungsverläufen mit mehreren Stromkreisen immer sowohl den Füllgrad als auch die Leistungsreduzierung Die Strombelastbarkeit vor der endgültigen Festlegung des Drahtquerschnitts zu messen, ist ein häufiger Fehler, der zu überlasteten Leitern führt, die zwar die Füllprüfung bestehen, aber unter Last versagen.
Häufige Installationsfehler, die Sie vermeiden sollten
Mehrere wiederkehrende Fehler führen zu Verstößen gegen die Leitungsfüllung oder zu Installationsfehlern. Am häufigsten wird vergessen, den Erdungsleiter des Geräts in die Füllberechnung einzubeziehen – er zählt, obwohl er keinen Strom führt. Ein weiterer häufiger Fehler ist das Mischen von Drahtisolationstypen und die Verwendung des falschen Bereichs in Tabelle 5: XHHW-2-Leiter sind größer als THHN bei gleicher Stärke, was dazu führen kann, dass eine ansonsten konforme Füllung über 40 % beträgt. Installateure verwechseln manchmal die Handelsgröße mit dem tatsächlichen Innendurchmesser und verwenden den falschen Wert aus Tabelle 4, insbesondere wenn sie im selben Lauf zwischen EMT und PVC wechseln. Verwenden Sie bei langen horizontalen Strecken immer Zugschmiermittel, das für die Art der Isolierung geeignet ist. Schmiermittel auf Erdölbasis zersetzen die PVC-Isolierung mit der Zeit und können zu vorzeitigen Isolationsausfällen führen. Schließlich darf die Gesamtbiegung zwischen den Zugpunkten niemals 360° überschreiten; Darüber hinaus macht Reibung das Ziehen unsicher und kann Leiter beschädigen, selbst wenn die Füllung deutlich unter 40 % liegt. Die Dokumentation Ihres Leitungsplans – Größen, Drahtanzahl und Füllprozentsätze – als Teil der Projektaufzeichnung vereinfacht zukünftige Ergänzungen und erfüllt viele AHJ-Inspektionsanforderungen.