ฮาร์มอนิก กระแสนิวทรัล และแรงดันตก
ในตู้สมัยใหม่ที่มีไดรเวอร์ LED, แหล่งจ่ายสวิตชิ่ง, UPS และ VFD มากมาย การคำนวณแรงดันตกด้วยคลื่นไซน์อุดมคติอย่างเดียวมักไม่พอ โหลดเหล่านี้บิดเบือนรูปคลื่นกระแส เพิ่มค่า RMS และผลักฮาร์มอนิกอันดับ 3 ไปยังสายนิวทรัล
วิธีปฏิบัติคือคำนวณแรงดันตกตามปกติก่อน แล้วตรวจว่าฮาร์มอนิกทำให้จำนวนตัวนำที่มีกระแสไหล กระแสนิวทรัล หรืออุณหภูมิสายเปลี่ยนไปหรือไม่ สำหรับ NEC ให้ดู 220.61, 310.15(C)(1), 215.2(A)(1), 210.19(A)(1) ส่วนงาน IEC ให้ใช้อ้างอิง IEC 60364-5-52 NEC IEC
เหตุใดโหลดที่มีฮาร์มอนิกจึงต้องตรวจแยก
ฮาร์มอนิก triplen จะรวมกันที่สายนิวทรัลแทนที่จะหักล้างกัน
กระแส RMS ที่สูงขึ้นหมายถึงการสูญเสีย I2R และความร้อนสูงขึ้น รวมถึงแรงดันตกจริงที่มากขึ้น
ตู้ LED, สำนักงาน, UPS และโหลด IT มีพฤติกรรมต่างจากมอเตอร์หรือโหลดความต้านทาน
หน้างานมักมองเบรกเกอร์และ ampacity ก่อน แต่การออกแบบต้องปกป้องสายนิวทรัล อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และการขยายในอนาคตด้วย
หัวข้อโค้ดที่ควรใส่ในแผ่นงาน
- NEC 220.61: คำนวณโหลดนิวทรัลตามความเป็นจริง
- NEC 310.15(C)(1): ตรวจว่านิวทรัลต้องนับเป็นตัวนำที่มีกระแสไหลหรือไม่เมื่อมีโหลดไม่เชิงเส้น
- NEC 215.2(A)(1) และ 210.19(A)(1): หลายงานยังตั้งเป้าประมาณ 3% ต่อช่วงและ 5% รวม
- IEC 60364-5-52: ยืนยันวิธีติดตั้ง การรวมกลุ่ม อุณหภูมิแวดล้อม และแรงดันตกที่ยอมรับได้ก่อนสรุปขนาดสาย
กรณีวางแผนสำหรับฮาร์มอนิกและนิวทรัล
นี่เป็นตัวเลขวางแผน ไม่ใช่ตัวแทนของกระแส RMS ที่วัดจริง ข้อมูล THDi หรือการตรวจสุดท้าย
| สถานการณ์ | รูปแบบโหลด | การตรวจสายตัวนำ | หมายเหตุออกแบบ |
|---|---|---|---|
| ตู้ LED สำนักงานแบบเปิด | 120/208V 3 เฟส, 45 m, พื้นฐาน 40A + ฮาร์มอนิกอันดับ 3 ราว 30A ต่อเฟส | เฟส 1 AWG Cu กับนิวทรัล 1/0 Cu; แรงดันตกเฟสราว 2.0% | นิวทรัลอาจเห็นกระแสประมาณ 90A |
| ตู้ UPS หรือ IT | 120/208V 3 เฟส, 30 m, กระแสสาย 80A ที่มีความไม่เชิงเส้นสูง | 3/0 Cu ทั้งเฟสและนิวทรัล; แรงดันตกเฟสราว 1.4% | แม้เฟสดูโอเค แต่อุณหภูมินิวทรัลและ derating อาจเป็นตัวตัดสิน |
| พื้นที่สำนักงาน 400/230V | 50 m, 63A ต่อเฟส พร้อมฮาร์มอนิกอันดับ 3 ราว 25A ต่อเฟส | เฟส 25 mm2 Cu กับนิวทรัล 35 mm2 Cu; แรงดันตกเฟสราว 1.7% | หลายครั้งการเพิ่มเฉพาะนิวทรัลเหมาะสมกว่า |
| ตู้โหลดอิเล็กทรอนิกส์ 1 เฟส | 230V, 35 m, 32A กับแหล่งจ่ายสวิตชิ่งจำนวนมาก | 10 mm2 Cu; แรงดันตกแบบไซน์ราว 1.8% | ถ้ารูปคลื่นบิดเบือน ระยะเผื่อจริงจะน้อยลง |
ตัวอย่างพร้อมตัวเลขจริง
ตู้ผสมไฟ LED และเต้ารับ
ถ้าแต่ละเฟสมีกระแสพื้นฐานประมาณ 40A และฮาร์มอนิกอันดับ 3 อีก 30A จากไดรเวอร์ LED และแหล่งจ่ายอิเล็กทรอนิกส์ ผลคำนวณ 3 เฟสปกติอาจดูผ่านได้ แต่นิวทรัลยังอาจขึ้นไปใกล้ 90A ดังนั้นต้องตรวจนิวทรัล ท่อร้อยสาย และความร้อนแยกต่างหาก
ตู้ 120/208V มี UPS, 80A, 30 m
ฟีดเดอร์ทองแดง 3/0 อาจแสดงแรงดันตกที่เฟสเพียงประมาณ 1.4% ฟังดูสบาย แต่ถ้าฮาร์มอนิกทำให้นิวทรัลใกล้กับกระแสเฟสและท่อร้อน ระยะเผื่อจริงจะลดลง จึงต้องดูค่า RMS ที่วัดจริงและข้อมูลผู้ผลิต
พื้นที่สำนักงาน 400/230V, 63A, 50 m
เมื่อใช้เฟส 25 mm2 Cu แรงดันตกที่เฟสอยู่ราว 1.7% หากแต่ละเฟสยังมีฮาร์มอนิกอันดับ 3 ประมาณ 25A นิวทรัลอาจไปถึง 75A ในกรณีนี้ การเพิ่มนิวทรัลเป็น 35 mm2 อย่างเดียวอาจเป็นคำตอบที่สะอาดกว่า
เช็กลิสต์ก่อนอนุมัติขนาดสายสุดท้าย
- ใช้ค่า RMS ที่วัดจริงหรือข้อมูล THDi เมื่อแผงจ่ายไฟให้ LED, UPS, แร็ก หรือแหล่งจ่ายสวิตชิ่งจำนวนมาก
- ตรวจนิวทรัลแยกต่างหาก แม้แผงจะดูสมดุล
- มองแรงดันตก, derating, การรวมกลุ่ม และอุณหภูมิเป็นปัญหาเดียวกัน
- เปรียบเทียบผลจากเครื่องคำนวณกับรูปคลื่นจริงก่อนสั่งวัสดุ
- หากโหลดอิเล็กทรอนิกส์จะเพิ่มขึ้นในอนาคต ให้เผื่อนิวทรัลและแรงดันตกไว้ตอนนี้
ใช้เครื่องคำนวณแล้วกลับมาดูรูปคลื่น
รันเครื่องคำนวณ AC ด้วยระยะทางจริง ขนาดตัวนำ และกระแส RMS แล้วเปรียบเทียบผลกับฮาร์มอนิก กระแสนิวทรัล และ derating
Start Calculating
Ready to apply these concepts to your project? Use our professional voltage drop calculator.
Open Calculator